Máy ấp CO2 tạo ra hơi nước ngưng tụ, độ ẩm tương đối có quá cao không?
Khi chúng ta sử dụng tủ ấm CO2 để nuôi cấy tế bào, do sự khác biệt về lượng chất lỏng thêm vào và chu kỳ nuôi cấy nên chúng ta có các yêu cầu khác nhau về độ ẩm tương đối trong tủ ấm.
Đối với các thí nghiệm sử dụng đĩa nuôi cấy tế bào 96 giếng với chu kỳ nuôi cấy dài, do lượng chất lỏng thêm vào mỗi giếng nhỏ nên có nguy cơ dung dịch nuôi cấy sẽ bị khô nếu bay hơi trong thời gian dài ở nhiệt độ 37℃.
Độ ẩm tương đối cao trong lồng ấp, ví dụ, có thể đạt tới hơn 90%, có thể làm giảm hiệu quả sự bay hơi của chất lỏng, tuy nhiên, một vấn đề mới đã phát sinh, nhiều nhà thực nghiệm nuôi cấy tế bào đã phát hiện ra rằng lồng ấp dễ sản sinh ra ngưng tụ trong điều kiện độ ẩm cao, nếu không kiểm soát được việc sản sinh ra ngưng tụ, sẽ tích tụ ngày càng nhiều, dẫn đến nguy cơ nhiễm khuẩn nhất định đối với nuôi cấy tế bào.
Vậy, hiện tượng ngưng tụ trong lồng ấp có phải là do độ ẩm tương đối quá cao không?
Trước hết, chúng ta cần hiểu khái niệm độ ẩm tương đối,độ ẩm tương đối (Độ ẩm tương đối, RH)là hàm lượng hơi nước thực tế trong không khí và phần trăm hàm lượng hơi nước ở trạng thái bão hòa ở cùng nhiệt độ. Được biểu thị bằng công thức:
.png)
Tỷ lệ phần trăm độ ẩm tương đối biểu thị tỷ lệ giữa hàm lượng hơi nước trong không khí với hàm lượng tối đa có thể có.
Cụ thể:
* Độ ẩm tương đối 0%:Không có hơi nước trong không khí.
* Độ ẩm tương đối 100%:Không khí đã bão hòa hơi nước và không thể chứa thêm hơi nước nữa, hiện tượng ngưng tụ sẽ xảy ra.
* Độ ẩm tương đối 50%:Chỉ ra rằng lượng hơi nước hiện tại trong không khí bằng một nửa lượng hơi nước bão hòa ở nhiệt độ đó. Nếu nhiệt độ là 37°C, thì áp suất hơi nước bão hòa là khoảng 6,27 kPa. Do đó, áp suất hơi nước ở độ ẩm tương đối 50% là khoảng 3,135 kPa.
Áp suất hơi nước bão hòalà áp suất do hơi nước trong pha khí tạo ra khi nước lỏng và hơi nước ở trạng thái cân bằng động ở một nhiệt độ nhất định.
Cụ thể, khi hơi nước và nước lỏng cùng tồn tại trong một hệ thống kín (ví dụ, tủ ấm CO2 Radobio khép kín), các phân tử nước sẽ tiếp tục thay đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (bay hơi) theo thời gian, trong khi các phân tử nước dạng khí cũng sẽ tiếp tục thay đổi sang trạng thái lỏng (ngưng tụ).
Tại một thời điểm nhất định, tốc độ bay hơi và ngưng tụ bằng nhau và áp suất hơi tại thời điểm đó là áp suất hơi nước bão hòa. Nó được đặc trưng bởi
1. cân bằng động:Khi nước và hơi nước cùng tồn tại trong một hệ kín, quá trình bay hơi và ngưng tụ đạt tới trạng thái cân bằng, áp suất hơi nước trong hệ không còn thay đổi nữa, lúc này áp suất là áp suất hơi nước bão hòa.
2. sự phụ thuộc vào nhiệt độ:Áp suất hơi nước bão hòa thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, động năng của các phân tử nước tăng, nhiều phân tử nước có thể thoát ra pha khí hơn, do đó áp suất hơi nước bão hòa tăng. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, áp suất hơi nước bão hòa giảm.
3. Đặc điểm:áp suất nước bão hòa là một thông số đặc trưng hoàn toàn mang tính vật chất, không phụ thuộc vào lượng chất lỏng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Một công thức phổ biến được sử dụng để tính áp suất hơi nước bão hòa là phương trình Antoine:
Đối với nước, hằng số Antoine có các giá trị khác nhau cho các phạm vi nhiệt độ khác nhau. Một tập hợp các hằng số phổ biến là:
* A=8.07131
* B=1730,63
* C=233,426
Bộ hằng số này áp dụng cho phạm vi nhiệt độ từ 1°C đến 100°C.
Chúng ta có thể sử dụng các hằng số này để tính toán áp suất nước bão hòa ở 37°C là 6,27 kPa.
Vậy, có bao nhiêu nước trong không khí ở nhiệt độ 37 độ C (°C) khi áp suất hơi nước bão hòa?
Để tính hàm lượng khối lượng của hơi nước bão hòa (độ ẩm tuyệt đối), chúng ta có thể sử dụng công thức phương trình Clausius-Clapeyron:
Áp suất hơi nước bão hòa: Ở 37°C, áp suất hơi nước bão hòa là 6,27 kPa.
Chuyển đổi nhiệt độ sang Kelvin: T=37+273.15=310.15 K
Thay thế vào công thức:
.png)
kết quả tính toán thu được khoảng 44,6 g/m³.
Ở 37°C, hàm lượng hơi nước (độ ẩm tuyệt đối) khi bão hòa là khoảng 44,6 g/m³. Điều này có nghĩa là mỗi mét khối không khí có thể chứa 44,6 gam hơi nước.
Máy ấp CO2 180L chỉ chứa được khoảng 8 gam hơi nước.Khi khay tạo ẩm cũng như bình nuôi cấy được đổ đầy chất lỏng, độ ẩm tương đối có thể dễ dàng đạt tới giá trị cao, thậm chí gần với giá trị độ ẩm bão hòa.
Khi độ ẩm tương đối đạt 100%,hơi nước bắt đầu ngưng tụ. Lúc này, lượng hơi nước trong không khí đạt giá trị tối đa mà nó có thể giữ ở nhiệt độ hiện tại, tức là bão hòa. Việc tăng thêm hơi nước hoặc giảm nhiệt độ khiến hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng.
Sự ngưng tụ cũng có thể xảy ra khi độ ẩm tương đối vượt quá 95%,nhưng điều này phụ thuộc vào các yếu tố khác như nhiệt độ, lượng hơi nước trong không khí và nhiệt độ bề mặt. Các yếu tố ảnh hưởng này như sau:
1. Giảm nhiệt độ:Khi lượng hơi nước trong không khí gần bão hòa, bất kỳ sự giảm nhiệt độ nhỏ nào hoặc lượng hơi nước tăng lên đều có thể gây ra hiện tượng ngưng tụ. Ví dụ, sự dao động nhiệt độ trong lồng ấp có thể dẫn đến sự hình thành ngưng tụ, do đó nhiệt độ ổn định hơn trong lồng ấp sẽ có tác dụng ức chế sự hình thành ngưng tụ.
2. nhiệt độ bề mặt cục bộ thấp hơn nhiệt độ điểm sương:Nhiệt độ bề mặt cục bộ thấp hơn nhiệt độ điểm sương, hơi nước sẽ ngưng tụ thành các giọt nước trên các bề mặt này, do đó tính đồng đều nhiệt độ của máy ấp sẽ có hiệu suất tốt hơn trong việc ức chế sự ngưng tụ.
3. Tăng hơi nước:Ví dụ, khay tạo độ ẩm và hộp đựng nuôi cấy có lượng chất lỏng lớn, và máy ấp được đậy kín tốt hơn, khi lượng hơi nước trong không khí bên trong máy ấp tăng vượt quá công suất tối đa ở nhiệt độ hiện tại, ngay cả khi nhiệt độ không đổi, hơi nước vẫn sẽ ngưng tụ.
Do đó, một tủ ấm CO2 có khả năng kiểm soát nhiệt độ tốt rõ ràng có tác dụng ức chế sự tạo thành ngưng tụ, nhưng khi độ ẩm tương đối vượt quá 95% hoặc thậm chí đạt đến độ bão hòa, khả năng ngưng tụ sẽ tăng lên đáng kể.Do đó, khi nuôi cấy tế bào, ngoài việc lựa chọn tủ ấm CO2 tốt, chúng ta nên tránh nguy cơ ngưng tụ do độ ẩm cao gây ra.
Thời gian đăng: 23-07-2024