賽默飛培養(yǎng)箱 371 溫度校準(zhǔn)操作與原理詳解

一、前言

賽默飛科學(xué)（Thermo Fisher Scientific）371 型二氧化碳培養(yǎng)箱是細(xì)胞與組織培養(yǎng)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的高端設(shè)備，其溫度控制精度通?？蛇_(dá) ±0.1 ℃。
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度的微小偏差都可能對(duì)細(xì)胞代謝、增殖及分化產(chǎn)生重大影響。長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于傳感器漂移、電氣老化或環(huán)境溫差變化，系統(tǒng)顯示的溫度可能出現(xiàn)輕微偏離。
為了保證實(shí)驗(yàn)條件的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，必須定期執(zhí)行溫度校準(zhǔn)（Temperature Calibration）。

溫度校準(zhǔn)是對(duì)設(shè)備顯示溫度與實(shí)際溫度的差異進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)整和修正的過(guò)程。它是培養(yǎng)箱維護(hù)與質(zhì)量管理體系的重要組成部分，可確保設(shè)備始終處于最佳狀態(tài)，避免長(zhǎng)期誤差累積導(dǎo)致的系統(tǒng)偏差。

本文將以賽默飛 371 培養(yǎng)箱為例，系統(tǒng)介紹溫度校準(zhǔn)的原理、工具準(zhǔn)備、操作步驟、誤差分析、數(shù)據(jù)處理與校準(zhǔn)周期管理等內(nèi)容，幫助實(shí)驗(yàn)室建立科學(xué)規(guī)范的校準(zhǔn)程序。

二、溫度校準(zhǔn)的基本原理

1. 溫度測(cè)量的核心機(jī)制

賽默飛 371 型采用高精度熱敏電阻（NTC）或鉑電阻（Pt100）作為溫度傳感器。傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)腔體內(nèi)的空氣溫度，并將信號(hào)傳送至控制電路板，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后顯示在面板上?？刂葡到y(tǒng)通過(guò) PID 算法調(diào)整加熱功率，使箱內(nèi)溫度維持在設(shè)定值。

但由于傳感器存在長(zhǎng)期漂移、接觸電阻變化或電路老化，其測(cè)量結(jié)果可能出現(xiàn)偏差。溫度校準(zhǔn)的目的，就是通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)與系統(tǒng)讀數(shù)的差值，計(jì)算出校正系數(shù)，并在控制系統(tǒng)中輸入該修正值，使顯示溫度重新與實(shí)際溫度一致。

2. 校準(zhǔn)與驗(yàn)證的區(qū)別

• 校準(zhǔn)（Calibration）：通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的讀數(shù)，對(duì)系統(tǒng)偏差進(jìn)行調(diào)整。

• 驗(yàn)證（Validation）：在校準(zhǔn)后評(píng)估系統(tǒng)性能，確認(rèn)其是否滿足設(shè)定精度標(biāo)準(zhǔn)。

兩者互為補(bǔ)充。校準(zhǔn)解決“誤差糾正”問(wèn)題，驗(yàn)證確?！熬缺３帧蹦芰Α?/p>

3. 溫度誤差來(lái)源

溫度誤差可能來(lái)自以下因素：

• 傳感器老化導(dǎo)致靈敏度降低；

• 電氣線路或接頭接觸不良；

• PID 控制參數(shù)漂移；

• 門(mén)封不嚴(yán)或氣流循環(huán)不均；

• 環(huán)境溫度波動(dòng)；

• 滅菌、高溫操作造成元件應(yīng)力變化。

這些因素疊加，使系統(tǒng)顯示溫度與真實(shí)腔內(nèi)溫度之間產(chǎn)生微小偏差，因此需要定期校準(zhǔn)以維持設(shè)備的高精度狀態(tài)。

三、校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作

1. 環(huán)境條件

• 實(shí)驗(yàn)室溫度應(yīng)穩(wěn)定在 20–25 ℃；

• 避免陽(yáng)光直射、強(qiáng)氣流或空調(diào)出風(fēng)口；

• 環(huán)境濕度保持在 40–60%；

• 校準(zhǔn)期間不得頻繁開(kāi)門(mén)，以防溫度波動(dòng)。

2. 設(shè)備狀態(tài)

• 確保培養(yǎng)箱處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電源與氣源穩(wěn)定；

• 檢查門(mén)封條完整無(wú)泄漏；

• 底部水盤(pán)中加有無(wú)菌蒸餾水，以維持正常濕度；

• 溫度控制參數(shù)設(shè)定為 37 ℃（或?qū)嶒?yàn)室常用設(shè)定點(diǎn)）；

• 培養(yǎng)箱連續(xù)運(yùn)行至少 12 小時(shí)，使溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3. 校準(zhǔn)儀器與工具

• 標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或探頭：建議使用經(jīng)國(guó)家計(jì)量認(rèn)證的鉑電阻溫度計(jì)（精度 ±0.05 ℃）；

• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或記錄儀：用于連續(xù)記錄溫度變化；

• 支架與導(dǎo)線夾具：固定溫度探頭位置；

• 無(wú)塵布與酒精：清潔探頭及腔體表面；

• 絕緣手套與防護(hù)用品：確保操作安全。

4. 儀器布點(diǎn)設(shè)計(jì)

通常在腔體中設(shè)置 5 個(gè)測(cè)點(diǎn)：

• 上層左側(cè)；

• 上層右側(cè)；

• 中心點(diǎn)（主傳感器附近）；

• 下層左側(cè)；

• 下層右側(cè)。

這種布點(diǎn)方式有助于評(píng)估溫度均勻性，并對(duì)比各區(qū)域溫度偏差。

四、溫度校準(zhǔn)的操作步驟

步驟一：預(yù)熱與穩(wěn)定

在正式校準(zhǔn)前，應(yīng)讓培養(yǎng)箱維持設(shè)定溫度（如 37 ℃）運(yùn)行至少 2 小時(shí)，確保內(nèi)部空氣、壁體及擱板溫度均衡。
在此期間，避免開(kāi)門(mén)、操作或放置樣品，以免擾動(dòng)溫度場(chǎng)。

步驟二：安裝標(biāo)準(zhǔn)探頭

• 將標(biāo)準(zhǔn)溫度探頭放置在腔體中央位置，距離壁面至少 5 cm；

• 若同時(shí)評(píng)估均勻性，可按布點(diǎn)方案在不同位置安裝多個(gè)探頭；

• 探頭應(yīng)懸空，避免接觸金屬表面，以防熱傳導(dǎo)誤差；

• 關(guān)閉箱門(mén)，確保密封良好。

步驟三：記錄基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

• 啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，連續(xù)記錄 1–2 小時(shí)的溫度變化；

• 同時(shí)記錄培養(yǎng)箱面板顯示溫度；

• 在穩(wěn)定階段（波動(dòng)小于 ±0.1 ℃）選取多個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均；

• 計(jì)算“顯示溫度 – 標(biāo)準(zhǔn)溫度”的差值。

示例：
顯示溫度 37.0 ℃，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)得平均值 36.6 ℃，偏差為 -0.4 ℃。

步驟四：輸入修正值

1. 進(jìn)入培養(yǎng)箱的“Calibration”或“Adjust”功能菜單；

2. 按操作手冊(cè)提示輸入修正值（即偏差值的相反數(shù)）；

3. 系統(tǒng)將自動(dòng)重新計(jì)算并儲(chǔ)存新的溫度補(bǔ)償系數(shù)；

4. 退出菜單并讓設(shè)備重新穩(wěn)定運(yùn)行。

例如：若偏差為 -0.4 ℃，應(yīng)輸入 +0.4 ℃ 的校正量，使顯示溫度上升到真實(shí)值。

步驟五：驗(yàn)證校準(zhǔn)效果

再次記錄標(biāo)準(zhǔn)溫度與顯示溫度，確認(rèn)偏差是否減小到 ±0.1 ℃ 以內(nèi)。若仍超出范圍，應(yīng)重復(fù)校準(zhǔn)或檢查傳感器狀態(tài)。
當(dāng)溫度曲線穩(wěn)定且誤差符合標(biāo)準(zhǔn)后，校準(zhǔn)工作即完成。

五、溫度均勻性與穩(wěn)定性驗(yàn)證

校準(zhǔn)不僅要求中心點(diǎn)溫度準(zhǔn)確，還要評(píng)估整個(gè)腔體的溫度分布和時(shí)間穩(wěn)定性。

1. 均勻性測(cè)試

在五個(gè)布點(diǎn)同時(shí)采集溫度數(shù)據(jù) 1–2 小時(shí)，計(jì)算最大與最小值差異。
若溫度差 ≤ ±0.3 ℃，則表明均勻性良好。
若超過(guò)限值，可檢查以下因素：

• 擱板阻擋氣流；

• 門(mén)封松動(dòng)導(dǎo)致冷熱交換；

• 加熱器輸出不均或風(fēng)道被遮擋。

2. 穩(wěn)定性測(cè)試

保持設(shè)定溫度不變，連續(xù)記錄 24 小時(shí)溫度波動(dòng)。
波動(dòng)范圍應(yīng)在 ±0.1–0.2 ℃ 之間。若波動(dòng)超標(biāo)，可能是 PID 參數(shù)偏移或外部環(huán)境不穩(wěn)，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)校。

六、校準(zhǔn)誤差與偏差分析

在實(shí)際操作中，溫度校準(zhǔn)可能出現(xiàn)以下誤差來(lái)源，應(yīng)加以識(shí)別與修正：

通過(guò)逐項(xiàng)排查，可確保校準(zhǔn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

七、數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果評(píng)定

1. 數(shù)據(jù)表格記錄格式

2. 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

滿足上述條件，即可判定溫度校準(zhǔn)合格。

3. 報(bào)告與歸檔

完成校準(zhǔn)后，應(yīng)生成正式報(bào)告，內(nèi)容包括：

• 設(shè)備型號(hào)與編號(hào)；

• 校準(zhǔn)日期、操作人、儀器編號(hào)；

• 校準(zhǔn)前后差值及修正值；

• 驗(yàn)證結(jié)果與合格結(jié)論；

• 校準(zhǔn)證書(shū)復(fù)印件。

報(bào)告由實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人簽字后存檔，作為設(shè)備質(zhì)量追溯依據(jù)。

八、校準(zhǔn)周期與維護(hù)管理

1. 校準(zhǔn)周期建議

溫度傳感器屬于長(zhǎng)期穩(wěn)定性有限的元件，建議在連續(xù)使用兩年以上后更換新探頭并重新校準(zhǔn)。

2. 維護(hù)措施

• 保持箱門(mén)密封完整，防止熱量外泄；

• 避免放置過(guò)多樣品阻擋氣流；

• 每月檢查溫度曲線波動(dòng)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理；

• 校準(zhǔn)后應(yīng)重新驗(yàn)證 CO? 控制系統(tǒng)，以防參數(shù)聯(lián)動(dòng)偏移。

九、典型問(wèn)題與處理方法

所有維護(hù)應(yīng)由具備資質(zhì)的技術(shù)人員執(zhí)行，避免自行拆解主板或電氣部件。

十、溫度校準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)可靠性中的作用

1. 對(duì)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的影響

在 36–38 ℃ 區(qū)間內(nèi)，溫度波動(dòng) 0.5 ℃ 即可改變細(xì)胞增殖速率約 10%。若培養(yǎng)箱未校準(zhǔn)，誤差累積會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏移或重復(fù)性下降。

2. 對(duì)藥物篩選的影響

藥物敏感性實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性要求極高。未校準(zhǔn)的溫度系統(tǒng)可能導(dǎo)致不同批次實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異，從而影響統(tǒng)計(jì)分析。

3. 對(duì)長(zhǎng)期培養(yǎng)系統(tǒng)的影響

干細(xì)胞或胚胎培養(yǎng)需持續(xù)數(shù)周，若溫度偏高，會(huì)加速培養(yǎng)液蒸發(fā)；偏低則抑制分化過(guò)程。定期校準(zhǔn)能確保整個(gè)培養(yǎng)周期的可控性與一致性。

十一、校準(zhǔn)后的系統(tǒng)驗(yàn)證

完成溫度校準(zhǔn)后，建議進(jìn)行 24 小時(shí)驗(yàn)證測(cè)試，以確?？刂葡到y(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

1. 運(yùn)行穩(wěn)定性：持續(xù)記錄溫度，分析波動(dòng)范圍；

2. 恢復(fù)性能：開(kāi)門(mén) 1 分鐘后，記錄溫度恢復(fù)至設(shè)定值所需時(shí)間；

3. 超溫保護(hù)：設(shè)定高于目標(biāo)值的溫度，驗(yàn)證系統(tǒng)能否及時(shí)報(bào)警并停止加熱；

4. 數(shù)據(jù)一致性：對(duì)比連續(xù)三天的平均溫度，確保漂移小于 ±0.1 ℃。

驗(yàn)證結(jié)果合格后，設(shè)備方可投入正式實(shí)驗(yàn)使用。

十二、溫度校準(zhǔn)的安全與注意事項(xiàng)

1. 操作安全：校準(zhǔn)前必須切斷外部氣源，防止誤觸控制鍵。

2. 電氣安全：操作探頭時(shí)避免接觸加熱元件與電路。

3. 探頭保護(hù)：標(biāo)準(zhǔn)探頭應(yīng)輕放，避免彎折或擠壓。

4. 防污染：操作時(shí)戴無(wú)粉手套，防止腔體二次污染。

5. 避免誤輸入：輸入校正值時(shí)須確認(rèn)正負(fù)方向，防止偏差擴(kuò)大。

6. 防止數(shù)據(jù)丟失：完成校準(zhǔn)后保存設(shè)置并打印記錄。

十三、建立溫度校準(zhǔn)管理體系

為保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有培養(yǎng)箱的一致性，應(yīng)建立統(tǒng)一的溫度校準(zhǔn)管理體系，主要包括以下內(nèi)容：

• 年度校準(zhǔn)計(jì)劃：列出各設(shè)備的計(jì)劃時(shí)間與責(zé)任人；

• 校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化文件（SOP）：明確方法、工具和判定標(biāo)準(zhǔn)；

• 校準(zhǔn)結(jié)果歸檔：保存電子與紙質(zhì)報(bào)告；

• 外部比對(duì)：定期與第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行交叉驗(yàn)證；

• 質(zhì)量追溯：建立編號(hào)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯性。

完善的管理體系可有效減少人為差異，提升整體實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

十四、結(jié)語(yǔ)

賽默飛培養(yǎng)箱 371 的溫度校準(zhǔn)是確保實(shí)驗(yàn)精度與可靠性的核心環(huán)節(jié)。通過(guò)科學(xué)的校準(zhǔn)程序、標(biāo)準(zhǔn)化操作與周期性驗(yàn)證，可以：

• 消除長(zhǎng)期使用導(dǎo)致的傳感器漂移；

• 保持控制系統(tǒng)與真實(shí)溫度的一致性；

• 提高細(xì)胞培養(yǎng)與藥物實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性；

• 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。

溫度校準(zhǔn)不僅是一項(xiàng)技術(shù)操作，更是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的重要體現(xiàn)。
只有嚴(yán)格執(zhí)行校準(zhǔn)制度，科學(xué)記錄每一次數(shù)據(jù)，才能確保賽默飛 371 培養(yǎng)箱在未來(lái)的科研與生產(chǎn)應(yīng)用中，持續(xù)提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可追溯的溫度環(huán)境，為科學(xué)研究奠定可靠基礎(chǔ)。