為什麼我的二氧化碳培養箱會出現冷凝水？
當我們使用二氧化碳培養箱由於培養細胞時添加的液體量和培養週期不同，因此對培養箱內的相對濕度有不同的需求。
對於使用 96 孔細胞培養板進行長培養週期實驗的情況，由於單一孔中添加的液體量較少，如果培養液在 37 ℃ 下蒸發時間過長，則存在培養液乾燥的風險。
例如，培養箱內相對濕度提高到 90% 以上，可以有效減少液體蒸發，然而，一個新的問題出現了，許多細胞培養實驗者發現，在高濕度條件下，培養箱容易產生冷凝水，冷凝水的產生如果不加以控制，就會不斷積累，給細胞培養帶來一定的細菌感染風險。
那麼，培養箱內產生冷凝水是因為相對濕度過高嗎？
首先，我們需要了解相對濕度的概念。相對濕度（相對濕度，RH）是空氣中水蒸氣的實際含量，也是相同溫度下飽和水蒸氣含量的百分比。用公式表示：
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相對濕度百分比表示空氣中水蒸氣含量與最大可能含量的比值。
具體來說：
* 0% RH：空氣中沒有水蒸氣。
* 100% RH：空氣中水蒸氣已飽和，無法再容納更多水蒸氣，因此會發生凝結。
* 50% RH：這表示空氣中目前的水蒸氣含量是該溫度下飽和水蒸氣含量的一半。如果溫度為 37°C，則飽和水蒸氣壓約為 6.27 kPa。因此，相對濕度為 50% 時的水蒸氣壓約為 3.135 kPa。
飽和水蒸氣壓指在一定溫度下，當液態水及其蒸氣處於動態平衡狀態時，氣相蒸氣所產生的壓力。
具體來說，當水蒸氣和液態水在封閉系統中共存時（例如，一個密封良好的 Radobio CO2 培養箱），水分子會隨著時間的推移不斷地從液態變為氣態（蒸發），同時氣態水分子也會不斷地變為液態（冷凝）。
在某一時刻，蒸發速率和冷凝速率相等，此時的蒸汽壓即為飽和水蒸氣壓。其特徵在於：
1. 動態平衡：當水和水蒸氣在封閉系統中共存時，蒸發和冷凝達到平衡，系統中水蒸氣的壓力不再變化，此時壓力為飽和水蒸氣壓力。
2. 溫度依賴性：飽和水蒸氣壓隨溫度變化。溫度升高時，水分子動能增加，更多水分子逸散到氣相，因此飽和水蒸氣壓增加。反之，溫度降低時，飽和水蒸氣壓減小。
3. 特點：飽和水壓是純粹的材料特性參數，與液體的量無關，只與溫度有關。
計算飽和水蒸氣壓的常用公式是安托萬方程式：
對於水而言，安托萬常數在不同的溫度範圍內具有不同的值。一組常用的常數如下：
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=233.426
這組常數適用於 1°C 至 100°C 的溫度範圍。
我們可以利用這些常數計算 37°C 時的飽和水壓為 6.27 kPa。
那麼，在攝氏 37 度（°C）的溫度下，當空氣中處於飽和水蒸氣壓狀態時，空氣中含有多少水蒸氣呢？
要計算飽和水蒸氣的質量含量（絕對濕度），我們可以使用克勞修斯-克拉珀龍方程式：
飽和水蒸氣壓力：在 37°C 時，飽和水蒸氣壓力為 6.27 kPa。
將溫度轉換為開爾文：T=37+273.15=310.15 K
代入公式：
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計算結果約為 44.6 g/m³。
在 37°C 時，飽和狀態的水蒸氣含量（絕對濕度）約為 44.6 克/立方米。這意味著每立方米空氣可以容納 44.6 克水蒸氣。
一個180公升的二氧化碳培養箱只能容納大約8克水蒸氣。當加濕盤和培養容器中充滿液體時，相對濕度很容易達到很高的數值，甚至接近飽和濕度值。
當相對濕度達到100%時，水蒸氣開始凝結。此時，空氣中的水蒸氣含量達到目前溫度下所能容納的最大值，即飽和狀態。水蒸氣含量進一步增加或溫度進一步降低都會導致水蒸氣凝結成液態水。
當相對濕度超過95%時，也可能出現冷凝現象。但這取決於其他因素，例如溫度、空氣中的水蒸氣含量和地表溫度。這些影響因素如下：
1. 溫度下降：當空氣中的水蒸氣含量接近飽和時，溫度的任何微小下降或水蒸氣含量的微小增加都可能導致冷凝現象的發生。例如，培養箱內的溫度波動會導致冷凝水的產生，因此，培養箱內溫度越穩定，對冷凝水的產生就越有抑製作用。
2. 局部地表溫度低於露點溫度：局部表面溫度低於露點溫度，水蒸氣會在這些表面上凝結成水滴，因此培養箱的溫度均勻性在抑製冷凝方面會有較好的表現。
3. 水蒸氣增加：例如，當加濕盤和盛有大量液體的培養容器，且培養箱密封性較好時，當培養箱內空氣中的水蒸氣含量超過其在當前溫度下的最大容量時，即使溫度保持不變，也會產生冷凝水。
因此，溫度控制良好的二氧化碳培養箱顯然對冷凝水的產生具有抑製作用，但當相對濕度超過95%甚至達到飽和時，冷凝的可能性會顯著增加。因此，在培養細胞時，除了選擇良好的二氧化碳培養箱外，我們還應盡量避免因追求高濕度而導致的冷凝風險。
發佈時間：2024年7月23日