Un'incubatrice a CO2 produce condensa, l'umidità relativa è troppo alta?
Quando utilizziamo un'incubatrice a CO2 per coltivare le cellule, a causa della differenza nella quantità di liquido aggiunto e nel ciclo di coltura, abbiamo requisiti diversi per quanto riguarda l'umidità relativa nell'incubatrice.
Negli esperimenti che utilizzano piastre per colture cellulari a 96 pozzetti con un lungo ciclo di coltura, a causa della piccola quantità di liquido aggiunta a un singolo pozzetto, esiste il rischio che la soluzione di coltura si secchi se evapora per un lungo periodo di tempo a 37 ℃.
Un'umidità relativa più elevata nell'incubatrice, ad esempio, superiore al 90%, può ridurre efficacemente l'evaporazione del liquido, tuttavia è emerso un nuovo problema: molti sperimentatori di colture cellulari hanno scoperto che nell'incubatrice si produce facilmente condensa in condizioni di elevata umidità; la produzione di condensa, se incontrollata, si accumula sempre di più, portando alla coltura cellulare un certo rischio di infezione batterica.
Quindi la condensa che si forma nell'incubatrice è dovuta a un'umidità relativa troppo elevata?
Innanzitutto, dobbiamo comprendere il concetto di umidità relativa,umidità relativa (Umidità Relativa, RH)è il contenuto effettivo di vapore acqueo nell'aria e la percentuale di vapore acqueo saturato alla stessa temperatura. Espresso nella formula:
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la percentuale di umidità relativa rappresenta il rapporto tra il contenuto di vapore acqueo nell'aria e il contenuto massimo possibile.
Nello specifico:
* 0% UR:Nell'aria non c'è vapore acqueo.
* 100% UR:L'aria è satura di vapore acqueo e non riesce a contenerne altro, si verifica quindi la condensazione.
* 50% UR:Indica che la quantità attuale di vapore acqueo nell'aria è la metà della quantità di vapore acqueo saturo a quella temperatura. Se la temperatura è di 37 °C, la pressione del vapore acqueo saturo è di circa 6,27 kPa. Pertanto, la pressione del vapore acqueo al 50% di umidità relativa è di circa 3,135 kPa.
Pressione del vapore acqueo saturoè la pressione generata dal vapore nella fase gassosa quando l'acqua liquida e il suo vapore sono in equilibrio dinamico a una certa temperatura.
Nello specifico, quando il vapore acqueo e l'acqua liquida coesistono in un sistema chiuso (ad esempio, un'incubatrice Radobio CO2 ben chiusa), le molecole d'acqua continueranno a passare dallo stato liquido a quello gassoso (evaporazione) nel tempo, mentre le molecole d'acqua gassosa continueranno a passare allo stato liquido (condensazione).
A un certo punto, le velocità di evaporazione e condensazione sono uguali e la pressione di vapore in quel punto è la pressione di vapore acqueo saturo. È caratterizzata da
1. equilibrio dinamico:Quando acqua e vapore acqueo coesistono in un sistema chiuso, evaporazione e condensazione raggiungono l'equilibrio; la pressione del vapore acqueo nel sistema non cambia più; in questo momento la pressione è pari alla pressione del vapore acqueo saturo.
2. dipendenza dalla temperatura:La pressione del vapore acqueo saturo varia con la temperatura. All'aumentare della temperatura, l'energia cinetica delle molecole d'acqua aumenta, consentendo a più molecole d'acqua di migrare verso la fase gassosa, aumentando così la pressione del vapore acqueo saturo. Viceversa, al diminuire della temperatura, la pressione del vapore acqueo saturo diminuisce.
3. Caratteristiche:La pressione dell'acqua satura è un parametro caratteristico del materiale, non dipende dalla quantità di liquido, ma solo dalla temperatura.
Una formula comune utilizzata per calcolare la pressione del vapore acqueo saturo è l'equazione di Antoine:
Per l'acqua, la costante di Antoine ha valori diversi per diversi intervalli di temperatura. Un insieme comune di costanti è:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Questo insieme di costanti si applica all'intervallo di temperatura da 1°C a 100°C.
Possiamo utilizzare queste costanti per calcolare che la pressione dell'acqua satura a 37°C è 6,27 kPa.
Quindi, quanta acqua è presente nell'aria a 37 gradi Celsius (°C) in uno stato di pressione di vapore acqueo saturo?
Per calcolare il contenuto in massa del vapore acqueo saturo (umidità assoluta), possiamo utilizzare la formula dell'equazione di Clausius-Clapeyron:
Pressione del vapore acqueo saturo: a 37°C, la pressione del vapore acqueo saturo è 6,27 kPa.
Conversione della temperatura in Kelvin: T=37+273,15=310,15 K
Sostituzione nella formula:
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il risultato ottenuto tramite calcolo è di circa 44,6 g/m³.
A 37 °C, il contenuto di vapore acqueo (umidità assoluta) a saturazione è di circa 44,6 g/m³. Ciò significa che ogni metro cubo d'aria può contenere 44,6 grammi di vapore acqueo.
Un'incubatrice a CO2 da 180 litri conterrà solo circa 8 grammi di vapore acqueo.Quando sia la vasca di umidificazione che i recipienti di coltura vengono riempiti di liquidi, l'umidità relativa può facilmente raggiungere valori elevati, anche prossimi ai valori di umidità di saturazione.
Quando l'umidità relativa raggiunge il 100%,Il vapore acqueo inizia a condensarsi. A questo punto, la quantità di vapore acqueo nell'aria raggiunge il valore massimo che può contenere alla temperatura attuale, ovvero la saturazione. Ulteriori aumenti di vapore acqueo o diminuzioni di temperatura causano la condensazione del vapore acqueo in acqua liquida.
La condensa può verificarsi anche quando l'umidità relativa supera il 95%,Ma questo dipende da altri fattori come la temperatura, la quantità di vapore acqueo nell'aria e la temperatura superficiale. Questi fattori influenzanti sono i seguenti:
1. Diminuzione della temperatura:Quando la quantità di vapore acqueo nell'aria è prossima alla saturazione, qualsiasi piccola diminuzione di temperatura o aumento della quantità di vapore acqueo può causare condensa. Ad esempio, le fluttuazioni di temperatura nell'incubatrice possono portare alla generazione di condensa, quindi una temperatura più stabile nell'incubatrice avrà un effetto inibitorio sulla generazione di condensa.
2. temperatura superficiale locale al di sotto della temperatura del punto di rugiada:poiché la temperatura superficiale locale è inferiore alla temperatura del punto di rugiada, il vapore acqueo si condensa in goccioline d'acqua su queste superfici, quindi l'uniformità della temperatura dell'incubatrice avrà prestazioni migliori nell'inibizione della condensa.
3. Aumento del vapore acqueo:ad esempio, vaschette di umidificazione e contenitori per coltura con una grande quantità di liquido e un'incubatrice meglio sigillata, quando la quantità di vapore acqueo nell'aria all'interno dell'incubatrice aumenta oltre la sua capacità massima alla temperatura attuale, anche se la temperatura rimane invariata, verrà generata condensa.
Pertanto, un incubatore di CO2 con un buon controllo della temperatura ha ovviamente un effetto inibitorio sulla generazione di condensa, ma quando l'umidità relativa supera il 95% o addirittura raggiunge la saturazione, la possibilità di condensazione aumenterà significativamente,pertanto, quando coltiviamo cellule, oltre a scegliere un buon incubatore a CO2, dovremmo cercare di evitare il rischio di condensa dovuto alla ricerca di un'umidità elevata.
Data di pubblicazione: 23 luglio 2024