为什么我的二氧化碳培养箱会出现冷凝水？
当我们使用二氧化碳培养箱由于培养细胞时添加的液体量和培养周期不同，因此对培养箱内的相对湿度有不同的要求。
对于使用 96 孔细胞培养板进行长培养周期实验的情况，由于单个孔中添加的液体量较少，如果培养液在 37 ℃ 下蒸发时间过长，则存在培养液干燥的风险。
例如，培养箱内相对湿度提高到 90% 以上，可以有效减少液体蒸发，然而，一个新的问题出现了，许多细胞培养实验者发现，在高湿度条件下，培养箱容易产生冷凝水，冷凝水的产生如果不加以控制，就会不断积累，给细胞培养带来一定的细菌感染风险。
那么，培养箱内产生冷凝水是因为相对湿度过高吗？
首先，我们需要了解相对湿度的概念。相对湿度（相对湿度，RH）是空气中水蒸气的实际含量，也是相同温度下饱和水蒸气含量的百分比。用公式表示：
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相对湿度百分比表示空气中水蒸气含量与最大可能含量的比值。
具体来说：
* 0% RH：空气中没有水蒸气。
* 100% RH：空气中水蒸气已饱和，无法再容纳更多水蒸气，因此会发生凝结。
* 50% RH：这表明空气中当前的水蒸气含量是该温度下饱和水蒸气含量的一半。如果温度为 37°C，则饱和水蒸气压约为 6.27 kPa。因此，相对湿度为 50% 时的水蒸气压约为 3.135 kPa。
饱和水蒸气压是指在一定温度下，液态水及其蒸汽处于动态平衡状态时，气相蒸汽产生的压力。
具体来说，当水蒸气和液态水在封闭系统中共存时（例如，一个密封良好的 Radobio CO2 培养箱），水分子会随着时间的推移不断地从液态变为气态（蒸发），同时气态水分子也会不断地变为液态（冷凝）。
在某一时刻，蒸发速率和冷凝速率相等，此时的蒸汽压即为饱和水蒸气压。其特征在于：
1. 动态平衡：当水和水蒸气在封闭系统中共存时，蒸发和冷凝达到平衡，系统中水蒸气的压力不再变化，此时压力为饱和水蒸气压力。
2. 温度依赖性：饱和水蒸气压随温度变化。温度升高时，水分子动能增大，更多水分子逸出到气相，因此饱和水蒸气压增大。反之，温度降低时，饱和水蒸气压减小。
3. 特点：饱和水压是一个纯粹的材料特性参数，与液体的量无关，只与温度有关。
计算饱和水蒸气压的常用公式是安托万方程：
对于水而言，安托万常数在不同的温度范围内具有不同的值。一组常用的常数如下：
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=233.426
这组常数适用于 1°C 至 100°C 的温度范围。
我们可以利用这些常数计算出 37°C 时的饱和水压为 6.27 kPa。
那么，在 37 摄氏度（°C）的温度下，空气中处于饱和水蒸气压状态时，空气中含有多少水蒸气呢？
要计算饱和水蒸气的质量含量（绝对湿度），我们可以使用克劳修斯-克拉珀龙方程：
饱和水蒸气压力：在 37°C 时，饱和水蒸气压力为 6.27 kPa。
将温度转换为开尔文：T=37+273.15=310.15 K
代入公式：
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计算结果约为 44.6 g/m³。
在 37°C 时，饱和状态下的水蒸气含量（绝对湿度）约为 44.6 克/立方米。这意味着每立方米空气可以容纳 44.6 克水蒸气。
一个180升的二氧化碳培养箱只能容纳大约8克水蒸气。当加湿盘和培养容器中充满液体时，相对湿度很容易达到很高的值，甚至接近饱和湿度值。
当相对湿度达到100%时，水蒸气开始凝结。此时，空气中的水蒸气含量达到当前温度下所能容纳的最大值，即饱和状态。水蒸气含量进一步增加或温度进一步降低都会导致水蒸气凝结成液态水。
当相对湿度超过95%时，也可能出现冷凝现象。但这取决于其他因素，例如温度、空气中的水蒸气含量和地表温度。这些影响因素如下：
1. 温度下降：当空气中的水蒸气含量接近饱和时，温度的任何微小下降或水蒸气含量的微小增加都可能导致冷凝现象的发生。例如，培养箱内的温度波动会导致冷凝水的产生，因此，培养箱内温度越稳定，对冷凝水的产生就越有抑制作用。
2. 局部地表温度低于露点温度：局部表面温度低于露点温度，水蒸气会在这些表面上凝结成水滴，因此培养箱的温度均匀性在抑制冷凝方面会有更好的表现。
3. 水蒸气增加：例如，当加湿盘和盛有大量液体的培养容器，且培养箱密封性较好时，当培养箱内空气中的水蒸气含量超过其在当前温度下的最大容量时，即使温度保持不变，也会产生冷凝水。
因此，温度控制良好的二氧化碳培养箱显然对冷凝水的产生具有抑制作用，但当相对湿度超过95%甚至达到饱和时，冷凝的可能性会显著增加。因此，在培养细胞时，除了选择良好的二氧化碳培养箱外，我们还应尽量避免因追求高湿度而导致的冷凝风险。
发布时间：2024年7月23日