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Ein CO2-Inkubator erzeugt Kondenswasser. Ist die relative Luftfeuchtigkeit zu hoch?
Wenn wir einen CO2-Inkubator zur Zellkultivierung verwenden, haben wir aufgrund der unterschiedlichen Menge der zugegebenen Flüssigkeit und des Kulturzyklus unterschiedliche Anforderungen an die relative Luftfeuchtigkeit im Inkubator.
Bei Experimenten mit Zellkulturplatten mit 96 Vertiefungen und einem langen Kulturzyklus besteht aufgrund der geringen Flüssigkeitsmenge, die in eine einzelne Vertiefung gegeben wird, die Gefahr, dass die Kulturlösung austrocknet, wenn sie über einen längeren Zeitraum bei 37 °C verdunstet ℃.
Eine höhere relative Luftfeuchtigkeit im Inkubator, die beispielsweise mehr als 90 % erreicht, kann die Verdunstung von Flüssigkeit wirksam reduzieren. Es ist jedoch ein neues Problem aufgetreten: Viele Zellkulturexperimentatoren haben festgestellt, dass der Inkubator bei hoher Luftfeuchtigkeit leicht Kondensation erzeugt Unter diesen Bedingungen sammelt sich die Kondensatproduktion, wenn sie unkontrolliert ist, immer mehr an, was zu einem gewissen Risiko einer bakteriellen Infektion in der Zellkultur führt.
Liegt die Kondenswasserbildung im Inkubator also daran, dass die relative Luftfeuchtigkeit zu hoch ist?
Zunächst müssen wir das Konzept der relativen Luftfeuchtigkeit verstehen.relative Luftfeuchtigkeit (Relative Humidity, RH)ist der tatsächliche Wasserdampfgehalt der Luft und der Prozentsatz des Wasserdampfgehalts bei Sättigung bei derselben Temperatur. Ausgedrückt in der Formel:
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Der Prozentsatz der relativen Luftfeuchtigkeit stellt das Verhältnis des Wasserdampfgehalts in der Luft zum maximal möglichen Gehalt dar.
Speziell:
* 0 % relative Luftfeuchtigkeit:Es gibt keinen Wasserdampf in der Luft.
* 100 % relative Luftfeuchtigkeit:Die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt und kann keinen weiteren Wasserdampf mehr aufnehmen und es kommt zur Kondensation.
* 50 % relative Luftfeuchtigkeit:Zeigt an, dass die aktuelle Menge an Wasserdampf in der Luft halb so groß ist wie die Menge an gesättigtem Wasserdampf bei dieser Temperatur. Bei einer Temperatur von 37 °C beträgt der gesättigte Wasserdampfdruck etwa 6,27 kPa. Daher beträgt der Wasserdampfdruck bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit etwa 3,135 kPa.
Gesättigter Wasserdampfdruckist der Druck, den Dampf in der Gasphase erzeugt, wenn sich flüssiges Wasser und sein Dampf bei einer bestimmten Temperatur im dynamischen Gleichgewicht befinden.
Insbesondere wenn Wasserdampf und flüssiges Wasser in einem geschlossenen System (z. B. einem gut geschlossenen Radobio CO2-Inkubator) nebeneinander existieren, wechseln Wassermoleküle im Laufe der Zeit weiterhin vom flüssigen in den gasförmigen Zustand (Verdunstung), ebenso wie gasförmige Wassermoleküle geht weiterhin in den flüssigen Zustand über (Kondensation).
An einem bestimmten Punkt sind die Verdunstungs- und Kondensationsraten gleich und der Dampfdruck an diesem Punkt ist der gesättigte Wasserdampfdruck. Es zeichnet sich aus durch
1. dynamisches Gleichgewicht:Wenn Wasser und Wasserdampf in einem geschlossenen System koexistieren, Verdunstung und Kondensation ein Gleichgewicht erreichen, ändert sich der Druck des Wasserdampfs im System nicht mehr. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck gesättigter Wasserdampfdruck.
2. Temperaturabhängigkeit:Der Druck des gesättigten Wasserdampfes ändert sich mit der Temperatur. Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich die kinetische Energie der Wassermoleküle, mehr Wassermoleküle können in die Gasphase entweichen, sodass der Sättigungswasserdampfdruck steigt. Wenn umgekehrt die Temperatur sinkt, sinkt der Sättigungswasserdampfdruck.
3. Eigenschaften:Der Sättigungswasserdruck ist ein rein materialcharakteristischer Parameter und hängt nicht von der Flüssigkeitsmenge, sondern nur von der Temperatur ab.
Eine gängige Formel zur Berechnung des gesättigten Wasserdampfdrucks ist die Antoine-Gleichung:
Für Wasser hat die Antoine-Konstante unterschiedliche Werte für verschiedene Temperaturbereiche. Ein üblicher Satz von Konstanten ist:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Dieser Konstantensatz gilt für den Temperaturbereich von 1 °C bis 100 °C.
Mithilfe dieser Konstanten können wir berechnen, dass der gesättigte Wasserdruck bei 37 °C 6,27 kPa beträgt.
Wie viel Wasser befindet sich also in der Luft bei 37 Grad Celsius (°C) und einem Zustand gesättigten Wasserdampfdrucks?
Um den Massengehalt an gesättigtem Wasserdampf (absolute Luftfeuchtigkeit) zu berechnen, können wir die Formel der Clausius-Clapeyron-Gleichung verwenden:
Gesättigter Wasserdampfdruck: Bei 37 °C beträgt der gesättigte Wasserdampfdruck 6,27 kPa.
Umrechnung der Temperatur in Kelvin: T=37+273,15=310,15 K
Einsetzung in die Formel:
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das rechnerische Ergebnis liegt bei ca. 44,6 g/m³.
Bei 37°C beträgt der Wasserdampfgehalt (absolute Luftfeuchtigkeit) bei Sättigung etwa 44,6 g/m³. Das bedeutet, dass jeder Kubikmeter Luft 44,6 Gramm Wasserdampf aufnehmen kann.
Ein 180-Liter-CO2-Inkubator fasst nur etwa 8 Gramm Wasserdampf.Wenn Befeuchtungswannen und Kulturgefäße mit Flüssigkeiten gefüllt sind, kann die relative Luftfeuchtigkeit leicht hohe Werte erreichen, sogar nahe der Sättigungsfeuchte.
Wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100 % erreicht,der Wasserdampf beginnt zu kondensieren. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Wasserdampfmenge in der Luft den Maximalwert, den sie bei der aktuellen Temperatur halten kann, also die Sättigung. Ein weiterer Anstieg des Wasserdampfs oder ein Temperaturabfall führen dazu, dass der Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert.
Kondensation kann auch auftreten, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 95 % übersteigt.Dies hängt jedoch von anderen Faktoren wie der Temperatur, der Wasserdampfmenge in der Luft und der Oberflächentemperatur ab. Diese Einflussfaktoren sind wie folgt:
1. Temperaturabfall:Wenn die Wasserdampfmenge in der Luft nahezu gesättigt ist, kann jede kleine Temperaturabsenkung oder Erhöhung der Wasserdampfmenge zu Kondensation führen. Beispielsweise können Temperaturschwankungen im Inkubator zur Bildung von Kondensat führen, sodass die Temperatur im Inkubator stabiler ist und die Bildung von Kondensat hemmt.
2. lokale Oberflächentemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur:Wenn die lokale Oberflächentemperatur niedriger als die Taupunkttemperatur ist, kondensiert Wasserdampf auf diesen Oberflächen zu Wassertröpfchen, sodass die Temperaturgleichmäßigkeit des Inkubators eine bessere Leistung bei der Verhinderung der Kondensation hat.
3. Erhöhter Wasserdampf:B. Befeuchtungspfannen und Kulturbehälter mit einer großen Flüssigkeitsmenge, und der Inkubator ist besser abgedichtet, wenn die Wasserdampfmenge in der Luft im Inkubator bei der aktuellen Temperatur über die maximale Kapazität hinaus ansteigt, auch wenn die Temperatur unverändert bleibt , es entsteht Kondenswasser.
Daher hat ein CO2-Inkubator mit guter Temperaturkontrolle natürlich eine hemmende Wirkung auf die Bildung von Kondensat, aber wenn die relative Luftfeuchtigkeit 95 % überschreitet oder sogar die Sättigung erreicht, erhöht sich die Möglichkeit der Kondensation deutlich.Daher sollten wir bei der Kultivierung von Zellen zusätzlich zur Auswahl eines guten CO2-Inkubators versuchen, das Risiko von Kondensation zu vermeiden, das durch das Streben nach hoher Luftfeuchtigkeit entsteht.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. Juli 2024