CO2-inkubaattori tuottaa kondensaatiota, onko suhteellinen kosteus liian korkea?
Kun käytämme solujen viljelyyn CO2-inkubaattoria, meillä on erilaiset vaatimukset inkubaattorin suhteelliselle kosteudelle lisätyn nesteen määrän ja viljelysyklin erojen vuoksi.
Pitkän viljelysyklin omaavilla 96-kuoppaisilla soluviljelylevyillä tehtävissä kokeissa on olemassa riski, että viljelyliuos kuivuu, jos se haihtuu pitkään 37 °C:ssa, koska yksittäiseen kuoppaan lisätään vain vähän nestettä.
Korkeampi suhteellinen kosteus inkubaattorissa, esimerkiksi yli 90 %, voi tehokkaasti vähentää nesteen haihtumista. Uusi ongelma on kuitenkin syntynyt: monet soluviljelmäkokeilijat ovat havainneet, että inkubaattorissa on helppo tuottaa lauhdetta korkeissa kosteusolosuhteissa. Hallitsematon lauhde kerääntyy yhä enemmän, mikä lisää soluviljelmään bakteeri-infektioriskiä.
Johtuuko kondenssiveden muodostuminen inkubaattorissa siis liian korkeasta suhteellisesta kosteudesta?
Ensinnäkin meidän on ymmärrettävä suhteellisen kosteuden käsite,suhteellinen kosteus (RH)on ilman todellinen vesihöyrypitoisuus ja vesihöyrypitoisuuden prosenttiosuus kyllästymispisteessä samassa lämpötilassa. Ilmaistaan kaavalla:
.png)
Suhteellinen kosteusprosentti edustaa ilman vesihöyrypitoisuuden suhdetta suurimpaan mahdolliseen vesihöyrypitoisuuteen.
Erityisesti:
* 0 % suhteellinen kosteus:Ilmassa ei ole vesihöyryä.
* 100 % suhteellinen kosteus:Ilma on vesihöyryn kyllästämää eikä pysty pidättämään enempää vesihöyryä, ja tiivistymistä tapahtuu.
* 50 % suhteellinen kosteus:Ilmaisee, että ilmassa olevan vesihöyryn määrä on tällä hetkellä puolet kyseisessä lämpötilassa olevan kylläisen vesihöyryn määrästä. Jos lämpötila on 37 °C, kylläisen vesihöyryn paine on noin 6,27 kPa. Näin ollen vesihöyryn paine 50 %:n suhteellisessa kosteudessa on noin 3,135 kPa.
Kyllästetyn vesihöyryn paineon höyryn synnyttämä paine kaasufaasissa, kun nestemäinen vesi ja sen höyry ovat dynaamisessa tasapainossa tietyssä lämpötilassa.
Tarkemmin sanottuna, kun vesihöyryä ja nestemäistä vettä esiintyy rinnakkain suljetussa järjestelmässä (esim. hyvin suljetussa Radobio CO2 -inkubaattorissa), vesimolekyylit muuttuvat jatkuvasti nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan (haihtuminen) ajan myötä, samalla kun myös kaasumaiset vesimolekyylit muuttuvat jatkuvasti nestemäiseen tilaan (tiivistyminen).
Tietyssä pisteessä haihtumis- ja tiivistymisnopeudet ovat yhtä suuret, ja höyrynpaine tässä pisteessä on kylläisen vesihöyryn paine. Sille on ominaista
1. dynaaminen tasapaino:Kun vesi ja vesihöyry esiintyvät samanaikaisesti suljetussa järjestelmässä, haihtuminen ja tiivistyminen saavuttavat tasapainon, eikä vesihöyryn paine järjestelmässä enää muutu, vaan vesihöyryn paine on kylläinen.
2. lämpötilariippuvuus:Kyllästetyn vesihöyryn paine muuttuu lämpötilan mukana. Kun lämpötila nousee, vesimolekyylien kineettinen energia kasvaa, ja enemmän vesimolekyylejä voi poistua kaasufaasiin, joten kyllästetyn vesihöyryn paine kasvaa. Käänteisesti, kun lämpötila laskee, kyllästetyn vesihöyryn paine laskee.
3. Ominaisuudet:Kyllästetyn veden paine on puhtaasti materiaaliin liittyvä ominaisuusparametri, joka ei riipu nesteen määrästä, vaan ainoastaan lämpötilasta.
Yleinen kaava kylläisen vesihöyryn paineen laskemiseksi on Antoinen yhtälö:
Veden Antoinen vakiolla on eri arvot eri lämpötila-alueilla. Yleinen vakiojoukko on:
* A=8.07131
* B=1730,63
* C=233,426
Tämä vakiojoukko pätee lämpötila-alueella 1 °C - 100 °C.
Voimme käyttää näitä vakioita laskeaksemme, että kylläisen veden paine 37 °C:ssa on 6,27 kPa.
Kuinka paljon vettä on ilmassa, jonka lämpötila on 37 celsiusastetta (°C) ja jonka vesihöyrynpaine on kylläinen?
Kyllästetyn vesihöyryn massapitoisuuden (absoluuttisen kosteuden) laskemiseksi voimme käyttää Clausius-Clapeyronin yhtälön kaavaa:
Kyllästetyn vesihöyryn paine: 37 °C:ssa kyllästetyn vesihöyryn paine on 6,27 kPa.
Lämpötilan muuntaminen kelvineiksi: T=37 + 273,15 = 310,15 K
Sijoittaminen kaavaan:
.png)
laskennallisesti saatu tulos on noin 44,6 g/m³.
37 °C:n lämpötilassa vesihöyrypitoisuus (absoluuttinen kosteus) kyllästymispisteessä on noin 44,6 g/m³. Tämä tarkoittaa, että jokainen kuutiometri ilmaa voi sisältää 44,6 grammaa vesihöyryä.
180 litran CO2-inkubaattoriin mahtuu vain noin 8 grammaa vesihöyryä.Kun kostutusastia ja viljelyastiat täytetään nesteillä, suhteellinen kosteus voi helposti nousta korkeisiin arvoihin, jopa lähelle kyllästyskosteuden arvoja.
Kun suhteellinen kosteus saavuttaa 100 %,Vesihöyry alkaa tiivistyä. Tässä vaiheessa ilman vesihöyryn määrä saavuttaa maksimiarvon, jonka se voi pitää nykyisessä lämpötilassa, eli kyllästymispisteen. Vesihöyryn määrän lisäkasvu tai lämpötilan lasku aiheuttavat vesihöyryn tiivistymisen nestemäiseksi vedeksi.
Tiivistymistä voi esiintyä myös, kun suhteellinen kosteus ylittää 95 %,mutta tämä riippuu muista tekijöistä, kuten lämpötilasta, ilman vesihöyryn määrästä ja pintalämpötilasta. Nämä vaikuttavat tekijät ovat seuraavat:
1. Lämpötilan lasku:Kun ilman vesihöyryn määrä on lähellä kyllästymispistettä, pienikin lämpötilan lasku tai vesihöyryn määrän nousu voi aiheuttaa kondensaatiota. Esimerkiksi inkubaattorin lämpötilan vaihtelut voivat johtaa kondensaation muodostumiseen, joten vakaampi lämpötila inkubaattorissa estää kondensaation muodostumista.
2. paikallinen pintalämpötila kastepisteen alapuolella:Jos paikallinen pintalämpötila on kastepisteen lämpötilaa alhaisempi, vesihöyry tiivistyy vesipisaroiksi näille pinnoille, joten inkubaattorin lämpötilan tasaisuus estää kondensaatiota paremmin.
3. Lisääntynyt vesihöyry:Esimerkiksi kostutusastiat ja viljelyastiat, joissa on paljon nestettä, ja inkubaattori on paremmin suljettu, kun inkubaattorin sisällä olevan ilman vesihöyryn määrä ylittää sen maksimikapasiteetin nykyisessä lämpötilassa, vaikka lämpötila pysyisi muuttumattomana, syntyy kondensaatiota.
Siksi CO2-inkubaattorilla, jossa on hyvä lämpötilan säätö, on ilmeisesti estävä vaikutus lauhteen muodostumiseen, mutta kun suhteellinen kosteus ylittää 95 % tai saavuttaa jopa kyllästymispisteen, kondensaation mahdollisuus kasvaa merkittävästi,Siksi soluja viljellessämme meidän tulisi hyvän CO2-inkubaattorin valinnan lisäksi pyrkiä välttämään korkean kosteuden aiheuttamaa kondenssiriskiä.
Julkaisun aika: 23.7.2024