Tại sao máy ủ CO2 của tôi lại bị đọng hơi nước?
Khi chúng ta sử dụngMáy ấp trứng CO2Để nuôi cấy tế bào, do sự khác biệt về lượng chất lỏng được thêm vào và chu kỳ nuôi cấy, chúng ta có những yêu cầu khác nhau về độ ẩm tương đối trong tủ ấm.
Đối với các thí nghiệm sử dụng đĩa nuôi cấy tế bào 96 giếng với chu kỳ nuôi cấy dài, do lượng chất lỏng thêm vào mỗi giếng nhỏ, nên có nguy cơ dung dịch nuôi cấy sẽ bị khô nếu bay hơi trong thời gian dài ở 37 ℃.
Độ ẩm tương đối cao hơn trong tủ ấm, ví dụ như đạt trên 90%, có thể làm giảm hiệu quả sự bay hơi của chất lỏng. Tuy nhiên, một vấn đề mới đã nảy sinh: nhiều nhà nghiên cứu nuôi cấy tế bào đã phát hiện ra rằng tủ ấm dễ tạo ra hơi nước ngưng tụ trong điều kiện độ ẩm cao. Nếu không kiểm soát được lượng hơi nước ngưng tụ, nó sẽ tích tụ ngày càng nhiều, mang đến nguy cơ nhiễm khuẩn cho quá trình nuôi cấy tế bào.
Vậy, hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong lồng ấp có phải là do độ ẩm tương đối quá cao không?
Trước hết, chúng ta cần hiểu khái niệm về độ ẩm tương đối.độ ẩm tương đối (Relative Humity, RH)là hàm lượng hơi nước thực tế trong không khí và phần trăm hàm lượng hơi nước ở trạng thái bão hòa tại cùng nhiệt độ. Được biểu thị bằng công thức:
.png)
Phần trăm độ ẩm tương đối biểu thị tỷ lệ giữa hàm lượng hơi nước trong không khí và hàm lượng tối đa có thể có.
Cụ thể:
* Độ ẩm tương đối 0%:Trong không khí không có hơi nước.
* Độ ẩm tương đối 100%:Không khí đã bão hòa hơi nước và không thể chứa thêm hơi nước nữa, do đó hiện tượng ngưng tụ sẽ xảy ra.
* Độ ẩm tương đối 50%:Điều này cho thấy lượng hơi nước hiện tại trong không khí bằng một nửa lượng hơi nước bão hòa ở nhiệt độ đó. Nếu nhiệt độ là 37°C, thì áp suất hơi nước bão hòa khoảng 6,27 kPa. Do đó, áp suất hơi nước ở độ ẩm tương đối 50% khoảng 3,135 kPa.
Áp suất hơi nước bão hòaĐó là áp suất được tạo ra bởi hơi nước trong pha khí khi nước lỏng và hơi nước ở trạng thái cân bằng động tại một nhiệt độ nhất định.
Cụ thể, khi hơi nước và nước lỏng cùng tồn tại trong một hệ kín (ví dụ: tủ ấm CO2 Radobio được đóng kín), các phân tử nước sẽ tiếp tục chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (bay hơi) theo thời gian, đồng thời các phân tử nước ở thể khí cũng sẽ tiếp tục chuyển trở lại trạng thái lỏng (ngưng tụ).
Tại một thời điểm nhất định, tốc độ bay hơi và ngưng tụ bằng nhau, và áp suất hơi nước tại thời điểm đó chính là áp suất hơi nước bão hòa. Đặc điểm của nó là...
1. Cân bằng động:Khi nước và hơi nước cùng tồn tại trong một hệ kín, quá trình bay hơi và ngưng tụ đạt trạng thái cân bằng, áp suất của hơi nước trong hệ không còn thay đổi nữa, lúc này áp suất đó chính là áp suất hơi nước bão hòa.
2. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ:Áp suất hơi nước bão hòa thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, động năng của các phân tử nước tăng lên, nhiều phân tử nước hơn có thể thoát ra pha khí, do đó áp suất hơi nước bão hòa tăng lên. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, áp suất hơi nước bão hòa giảm xuống.
3. Đặc điểm:Áp suất nước bão hòa là một thông số đặc trưng thuần túy của vật liệu, không phụ thuộc vào lượng chất lỏng, mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Công thức phổ biến được sử dụng để tính áp suất hơi nước bão hòa là phương trình Antoine:
Đối với nước, hằng số Antoine có các giá trị khác nhau tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ. Một tập hợp các hằng số phổ biến là:
* A=8.07131
* B=1730,63
* C=233,426
Bộ hằng số này áp dụng cho phạm vi nhiệt độ từ 1°C đến 100°C.
Chúng ta có thể sử dụng các hằng số này để tính toán áp suất nước bão hòa ở 37°C là 6,27 kPa.
Vậy, ở nhiệt độ 37 độ C (°C), không khí có bao nhiêu hơi nước ở trạng thái bão hòa hơi nước?
Để tính toán hàm lượng khối lượng của hơi nước bão hòa (độ ẩm tuyệt đối), ta có thể sử dụng công thức phương trình Clausius-Clapeyron:
Áp suất hơi nước bão hòa: Ở 37°C, áp suất hơi nước bão hòa là 6,27 kPa.
Chuyển đổi nhiệt độ sang Kelvin: T = 37 + 273,15 = 310,15 K
Thay thế vào công thức:
.png)
Kết quả thu được bằng phép tính là khoảng 44,6 g/m³.
Ở nhiệt độ 37°C, hàm lượng hơi nước (độ ẩm tuyệt đối) ở trạng thái bão hòa là khoảng 44,6 g/m³. Điều này có nghĩa là mỗi mét khối không khí có thể chứa 44,6 gam hơi nước.
Một tủ ủ CO2 180L chỉ chứa được khoảng 8 gam hơi nước.Khi khay giữ ẩm cũng như các dụng cụ nuôi cấy được đổ đầy chất lỏng, độ ẩm tương đối có thể dễ dàng đạt đến giá trị cao, thậm chí gần với độ ẩm bão hòa.
Khi độ ẩm tương đối đạt 100%,Hơi nước bắt đầu ngưng tụ. Tại thời điểm này, lượng hơi nước trong không khí đạt đến giá trị tối đa mà nó có thể chứa ở nhiệt độ hiện tại, tức là trạng thái bão hòa. Việc tăng thêm lượng hơi nước hoặc giảm nhiệt độ sẽ khiến hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng.
Hiện tượng ngưng tụ cũng có thể xảy ra khi độ ẩm tương đối vượt quá 95%.Nhưng điều này còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như nhiệt độ, lượng hơi nước trong không khí và nhiệt độ bề mặt. Các yếu tố ảnh hưởng đó bao gồm:
1. Giảm nhiệt độ:Khi lượng hơi nước trong không khí gần đạt đến trạng thái bão hòa, bất kỳ sự giảm nhiệt độ nhỏ nào hoặc sự tăng lượng hơi nước đều có thể gây ra hiện tượng ngưng tụ. Ví dụ, sự dao động nhiệt độ trong lồng ấp có thể dẫn đến sự hình thành hơi nước ngưng tụ, vì vậy lồng ấp có nhiệt độ ổn định hơn sẽ có tác dụng ức chế sự hình thành hơi nước ngưng tụ.
2. Nhiệt độ bề mặt cục bộ dưới nhiệt độ điểm sương:Nhiệt độ bề mặt cục bộ thấp hơn nhiệt độ điểm sương, hơi nước sẽ ngưng tụ thành các giọt nước trên các bề mặt này, do đó, sự đồng đều nhiệt độ của lồng ấp sẽ có hiệu quả tốt hơn trong việc ngăn ngừa sự ngưng tụ.
3. Lượng hơi nước tăng lên:Ví dụ, đối với khay giữ ẩm và các vật chứa nuôi cấy có lượng chất lỏng lớn, và lồng ấp được bịt kín tốt hơn, khi lượng hơi nước trong không khí bên trong lồng ấp tăng lên vượt quá khả năng chứa tối đa ở nhiệt độ hiện tại, ngay cả khi nhiệt độ không thay đổi, hiện tượng ngưng tụ vẫn sẽ xảy ra.
Do đó, tủ ủ CO2 có khả năng kiểm soát nhiệt độ tốt rõ ràng có tác dụng ức chế sự hình thành hơi nước ngưng tụ, nhưng khi độ ẩm tương đối vượt quá 95% hoặc thậm chí đạt đến trạng thái bão hòa, khả năng ngưng tụ sẽ tăng lên đáng kể.Do đó, khi nuôi cấy tế bào, ngoài việc lựa chọn tủ ấm CO2 tốt, chúng ta nên cố gắng tránh nguy cơ ngưng tụ hơi nước do việc theo đuổi độ ẩm cao gây ra.
Thời gian đăng bài: 23/7/2024