赛默飞培养箱 371 温度校准操作与原理详解

一、前言

赛默飞科学（Thermo Fisher Scientific）371 型二氧化碳培养箱是细胞与组织培养领域中应用广泛的高端设备，其温度控制精度通常可达 ±0.1 ℃。
在实验过程中，温度的微小偏差都可能对细胞代谢、增殖及分化产生重大影响。长期运行后，由于传感器漂移、电气老化或环境温差变化，系统显示的温度可能出现轻微偏离。
为了保证实验条件的准确性和数据的可重复性，必须定期执行温度校准（Temperature Calibration）。

温度校准是对设备显示温度与实际温度的差异进行检测、调整和修正的过程。它是培养箱维护与质量管理体系的重要组成部分，可确保设备始终处于最佳状态，避免长期误差累积导致的系统偏差。

本文将以赛默飞 371 培养箱为例，系统介绍温度校准的原理、工具准备、操作步骤、误差分析、数据处理与校准周期管理等内容，帮助实验室建立科学规范的校准程序。

二、温度校准的基本原理

1. 温度测量的核心机制

赛默飞 371 型采用高精度热敏电阻（NTC）或铂电阻（Pt100）作为温度传感器。传感器实时检测腔体内的空气温度，并将信号传送至控制电路板，经过模数转换后显示在面板上。控制系统通过 PID 算法调整加热功率，使箱内温度维持在设定值。

但由于传感器存在长期漂移、接触电阻变化或电路老化，其测量结果可能出现偏差。温度校准的目的，就是通过比较标准温度计与系统读数的差值，计算出校正系数，并在控制系统中输入该修正值，使显示温度重新与实际温度一致。

2. 校准与验证的区别

• 校准（Calibration）：通过对比标准设备的读数，对系统偏差进行调整。

• 验证（Validation）：在校准后评估系统性能，确认其是否满足设定精度标准。

两者互为补充。校准解决“误差纠正”问题，验证确保“精度保持”能力。

3. 温度误差来源

温度误差可能来自以下因素：

• 传感器老化导致灵敏度降低；

• 电气线路或接头接触不良；

• PID 控制参数漂移；

• 门封不严或气流循环不均；

• 环境温度波动；

• 灭菌、高温操作造成元件应力变化。

这些因素叠加，使系统显示温度与真实腔内温度之间产生微小偏差，因此需要定期校准以维持设备的高精度状态。

三、校准前的准备工作

1. 环境条件

• 实验室温度应稳定在 20–25 ℃；

• 避免阳光直射、强气流或空调出风口；

• 环境湿度保持在 40–60%；

• 校准期间不得频繁开门，以防温度波动。

2. 设备状态

• 确保培养箱处于正常运行状态，电源与气源稳定；

• 检查门封条完整无泄漏；

• 底部水盘中加有无菌蒸馏水，以维持正常湿度；

• 温度控制参数设定为 37 ℃（或实验室常用设定点）；

• 培养箱连续运行至少 12 小时，使温度达到稳定状态。

3. 校准仪器与工具

• 标准温度计或探头：建议使用经国家计量认证的铂电阻温度计（精度 ±0.05 ℃）；

• 数据采集系统或记录仪：用于连续记录温度变化；

• 支架与导线夹具：固定温度探头位置；

• 无尘布与酒精：清洁探头及腔体表面；

• 绝缘手套与防护用品：确保操作安全。

4. 仪器布点设计

通常在腔体中设置 5 个测点：

• 上层左侧；

• 上层右侧；

• 中心点（主传感器附近）；

• 下层左侧；

• 下层右侧。

这种布点方式有助于评估温度均匀性，并对比各区域温度偏差。

四、温度校准的操作步骤

步骤一：预热与稳定

在正式校准前，应让培养箱维持设定温度（如 37 ℃）运行至少 2 小时，确保内部空气、壁体及搁板温度均衡。
在此期间，避免开门、操作或放置样品，以免扰动温度场。

步骤二：安装标准探头

• 将标准温度探头放置在腔体中央位置，距离壁面至少 5 cm；

• 若同时评估均匀性，可按布点方案在不同位置安装多个探头；

• 探头应悬空，避免接触金属表面，以防热传导误差；

• 关闭箱门，确保密封良好。

步骤三：记录基准数据

• 启动数据采集系统，连续记录 1–2 小时的温度变化；

• 同时记录培养箱面板显示温度；

• 在稳定阶段（波动小于 ±0.1 ℃）选取多个时间点数据进行平均；

• 计算“显示温度 – 标准温度”的差值。

示例：
显示温度 37.0 ℃，标准温度计测得平均值 36.6 ℃，偏差为 -0.4 ℃。

步骤四：输入修正值

1. 进入培养箱的“Calibration”或“Adjust”功能菜单；

2. 按操作手册提示输入修正值（即偏差值的相反数）；

3. 系统将自动重新计算并储存新的温度补偿系数；

4. 退出菜单并让设备重新稳定运行。

例如：若偏差为 -0.4 ℃，应输入 +0.4 ℃ 的校正量，使显示温度上升到真实值。

步骤五：验证校准效果

再次记录标准温度与显示温度，确认偏差是否减小到 ±0.1 ℃ 以内。若仍超出范围，应重复校准或检查传感器状态。
当温度曲线稳定且误差符合标准后，校准工作即完成。

五、温度均匀性与稳定性验证

校准不仅要求中心点温度准确，还要评估整个腔体的温度分布和时间稳定性。

1. 均匀性测试

在五个布点同时采集温度数据 1–2 小时，计算最大与最小值差异。
若温度差 ≤ ±0.3 ℃，则表明均匀性良好。
若超过限值，可检查以下因素：

• 搁板阻挡气流；

• 门封松动导致冷热交换；

• 加热器输出不均或风道被遮挡。

2. 稳定性测试

保持设定温度不变，连续记录 24 小时温度波动。
波动范围应在 ±0.1–0.2 ℃ 之间。若波动超标，可能是 PID 参数偏移或外部环境不稳，应进行系统调校。

六、校准误差与偏差分析

在实际操作中，温度校准可能出现以下误差来源，应加以识别与修正：

通过逐项排查，可确保校准数据真实可靠。

七、数据记录与结果评定

1. 数据表格记录格式

2. 评定标准

满足上述条件，即可判定温度校准合格。

3. 报告与归档

完成校准后，应生成正式报告，内容包括：

• 设备型号与编号；

• 校准日期、操作人、仪器编号；

• 校准前后差值及修正值；

• 验证结果与合格结论；

• 校准证书复印件。

报告由实验室负责人签字后存档，作为设备质量追溯依据。

八、校准周期与维护管理

1. 校准周期建议

温度传感器属于长期稳定性有限的元件，建议在连续使用两年以上后更换新探头并重新校准。

2. 维护措施

• 保持箱门密封完整，防止热量外泄；

• 避免放置过多样品阻挡气流；

• 每月检查温度曲线波动，发现异常及时处理；

• 校准后应重新验证 CO₂ 控制系统，以防参数联动偏移。

九、典型问题与处理方法

所有维护应由具备资质的技术人员执行，避免自行拆解主板或电气部件。

十、温度校准在实验可靠性中的作用

1. 对细胞实验的影响

在 36–38 ℃ 区间内，温度波动 0.5 ℃ 即可改变细胞增殖速率约 10%。若培养箱未校准，误差累积会导致实验结果偏移或重复性下降。

2. 对药物筛选的影响

药物敏感性实验对环境稳定性要求极高。未校准的温度系统可能导致不同批次实验结果差异，从而影响统计分析。

3. 对长期培养系统的影响

干细胞或胚胎培养需持续数周，若温度偏高，会加速培养液蒸发；偏低则抑制分化过程。定期校准能确保整个培养周期的可控性与一致性。

十一、校准后的系统验证

完成温度校准后，建议进行 24 小时验证测试，以确保控制系统在长期运行中的稳定性。

1. 运行稳定性：持续记录温度，分析波动范围；

2. 恢复性能：开门 1 分钟后，记录温度恢复至设定值所需时间；

3. 超温保护：设定高于目标值的温度，验证系统能否及时报警并停止加热；

4. 数据一致性：对比连续三天的平均温度，确保漂移小于 ±0.1 ℃。

验证结果合格后，设备方可投入正式实验使用。

十二、温度校准的安全与注意事项

1. 操作安全：校准前必须切断外部气源，防止误触控制键。

2. 电气安全：操作探头时避免接触加热元件与电路。

3. 探头保护：标准探头应轻放，避免弯折或挤压。

4. 防污染：操作时戴无粉手套，防止腔体二次污染。

5. 避免误输入：输入校正值时须确认正负方向，防止偏差扩大。

6. 防止数据丢失：完成校准后保存设置并打印记录。

十三、建立温度校准管理体系

为保证实验室内所有培养箱的一致性，应建立统一的温度校准管理体系，主要包括以下内容：

• 年度校准计划：列出各设备的计划时间与责任人；

• 校准标准化文件（SOP）：明确方法、工具和判定标准；

• 校准结果归档：保存电子与纸质报告；

• 外部比对：定期与第三方计量机构进行交叉验证；

• 质量追溯：建立编号体系，实现数据可追溯性。

完善的管理体系可有效减少人为差异，提升整体实验质量。

十四、结语

赛默飞培养箱 371 的温度校准是确保实验精度与可靠性的核心环节。通过科学的校准程序、标准化操作与周期性验证，可以：

• 消除长期使用导致的传感器漂移；

• 保持控制系统与真实温度的一致性；

• 提高细胞培养与药物实验的可重复性；

• 延长设备使用寿命，降低维护风险。

温度校准不仅是一项技术操作，更是实验室质量控制的重要体现。
只有严格执行校准制度，科学记录每一次数据，才能确保赛默飞 371 培养箱在未来的科研与生产应用中，持续提供稳定、准确、可追溯的温度环境，为科学研究奠定可靠基础。