一、概述

Thermo Scientific 3111系列恒温恒湿培养箱是一款高精度环境控制设备，常用于微生物培养、细胞培养、药品稳定性试验及环境模拟实验。在长期运行中，湿度均匀性是反映设备性能稳定性与实验可靠性的关键指标之一。
湿度均匀性验证的主要目标是评估培养箱内部空间在设定湿度条件下的湿度分布差异，确保腔体各位置湿度一致，从而保证样品培养或存储的可重复性和科学性。

二、验证目的

湿度均匀性验证是培养箱性能确认（OQ/PQ）中的重要环节，其目的包括：

1. 确认腔体湿度分布的均匀性是否满足技术标准；

2. 评估加湿系统、风道结构与控制策略的稳定性；

3. 确定设备在工作负载条件下湿度偏差的空间分布规律；

4. 为后续实验提供环境补偿参数与控制依据；

5. 验证设备是否满足质量管理体系要求（如GLP、GMP、ISO17025）。

三、验证原理

湿度均匀性验证基于以下物理与控制原理：

1. 相对湿度定义
   相对湿度（Relative Humidity，RH）是指在特定温度下，空气中实际水蒸气压与饱和水蒸气压的比值。3111培养箱通过蒸发加湿与空气循环实现湿度控制。

2. 空气循环机制
   腔体内装有离心风机，形成定向环流，使蒸发水汽在各空间点充分扩散，减少局部饱和现象，从而实现湿度均匀。

3. PID闭环控制
   湿度传感器实时检测腔体湿度，PID控制系统通过调节加热功率与蒸发速率维持设定值。当空气流动均匀、热交换充分时，空间湿度分布趋于一致。

因此，湿度均匀性验证可通过布置多点湿度测量装置，比较各点实测值与平均值的偏差来判断设备性能。

四、设备结构与控制特点

Thermo 3111培养箱采用模块化设计，湿度控制系统包括以下部分：

1. 加湿单元：位于腔体底部，采用自然蒸发与电加热辅助方式；

2. 湿度传感器：高精度电容式数字传感器，响应速度≤10秒；

3. 气流系统：后部双循环风道设计，避免局部滞留；

4. 控制系统：微电脑PID调节模块，控制精度±0.1℃、±1%RH；

5. 结构材料：内胆SUS304镜面不锈钢，防腐蚀且利于热湿扩散；

6. 安全装置：超湿保护、门开检测与自动补水系统。

该设计确保在高湿环境下（70～95%RH）仍能保持湿度场稳定，是实验室恒湿设备的代表产品。

五、验证标准与判定依据

湿度均匀性验证应遵循以下标准：

• GB/T 10586-2021《恒温恒湿箱技术条件》

• JJF 1101-2019《恒温恒湿箱校准规范》

• ISO 17025:2017《检测和校准实验室能力的通用要求》

• Thermo 3111技术说明书参数要求

验证条件

• 设定温度：37℃；

• 设定湿度：95%RH；

• 环境温度：20～25℃；

• 环境湿度：40～60%RH；

• 稳定时间：不少于1小时；

• 记录周期：1分钟/点，持续30分钟。

验证点布置

腔体内划分为上、中、下三层，每层布置左中右三点，共9个测点。

判定标准

六、仪器与设备

为保证测试结果的精度，应使用经计量认证的标准仪器：

所有仪器须具备国家计量溯源证书，检测前进行核查与功能确认。

七、验证步骤

1. 前期准备

• 清洁培养箱内胆，检查加湿盘及水质；

• 确认门封条密封良好，风道畅通；

• 安装湿度记录仪探头，位置应离壁面≥5cm；

• 设定温度37℃、湿度95%RH，空载运行60分钟使系统稳定。

2. 测试实施

1. 启动数据采集系统，开始记录各测点湿度值；

2. 记录时间间隔1分钟，共采集30分钟数据；

3. 过程中禁止开门与调整设定值；

4. 若有CO₂系统，应关闭气体输入以避免干扰。

3. 数据采集与导出

• 完成后导出原始数据，格式为时间—测点湿度值表；

• 删除前5分钟不稳定数据，以后25分钟数据作为分析样本。

八、数据处理与结果分析

1. 计算方法

设第i测点在n次采样中获得湿度数据Hi1,Hi2,…,HinH_{i1}, H_{i2}, …, H_{in}Hi1,Hi2,…,Hin。

• 平均值：

  Hiˉ=1n∑k=1nHik\bar{H_i} = \frac{1}{n} \sum_{k=1}^{n} H_{ik}Hiˉ=n1k=1∑nHik

• 最大最小值差：

  ΔHi=Himax−HiminΔH_i = H_{imax} - H_{imin}ΔHi=Himax−Himin

• 均匀性：

  ΔH均匀=Hmax−HminΔH_{均匀} = H_{max} - H_{min}ΔH均匀=Hmax−Hmin

• 波动度：

  σ=∑(Hi−Hˉ)2n−1σ = \sqrt{\frac{\sum (H_i - \bar{H})^2}{n-1}}σ=n−1∑(Hi−Hˉ)2

2. 实例分析

假设9个测点平均湿度如下（单位：%RH）：

计算结果：

• 平均湿度：95.0%RH；

• 最大偏差：±0.3%RH；

• 均匀性：0.6%RH；

• 波动度：±0.4%RH。

结果满足标准要求（≤±5%RH），验证通过。

九、误差来源与控制措施

1. 环境因素

外界温度和湿度波动会影响腔体稳定性，应在恒温实验室内进行。

2. 气流分布不均

若风道堵塞或风机转速不稳，可能造成上下层湿度差异。定期清理风道过滤器，保持循环系统畅通。

3. 水质问题

自来水含矿物质会降低蒸发效率，应使用去离子水或纯水。

4. 传感器漂移

长期运行后湿度传感器可能出现偏差，建议每6个月校准一次。

5. 测点布置误差

探头应悬挂于空气中部，不可紧贴壁面或水盘。

十、验证报告编制

验证结束后，应编制《Thermo 3111培养箱湿度均匀性验证报告》，内容包括：

1. 设备名称、型号、编号、使用单位；

2. 验证日期、地点、环境条件；

3. 检测仪器清单及校准信息；

4. 测点布置图与照片记录；

5. 原始数据及统计结果；

6. 数据分析与计算公式；

7. 判定结论及是否符合标准；

8. 验证人员签名与审核人确认。

报告应归档保存不少于3年，以便溯源与复核。

十一、验证频次与复验要求

若连续三次年度验证结果稳定，可将验证周期延长至两年。

十二、验证不合格的处理

若验证结果不满足标准，应按以下流程处理：

1. 检查加湿盘是否结垢或水位不足；

2. 检查风机与气流分布；

3. 检查传感器精度并重新校准；

4. 重新运行并复测；

5. 若仍不合格，报厂家技术支持处理。

不合格数据及纠正措施应详细记录，作为维护档案。

十三、附加验证项目

为确保整体性能，湿度均匀性验证可与以下项目联合进行：

• 温度均匀性验证：验证温湿度协同稳定性；

• 恢复时间测试：开门后湿度恢复时间应≤10分钟；

• 长时间漂移测试：连续运行24小时，湿度漂移≤±1.5%RH；

• 负载验证：在70%容量下重复验证，以确认负载影响。

十四、安全与操作注意事项

1. 验证期间不得开启箱门，以免造成数据失真；

2. 加湿盘应加纯水，禁止使用含腐蚀性化学品；

3. 探头安装前确认绝缘良好，防止短路；

4. 数据记录仪放置于干燥安全区域，防止冷凝水损坏；

5. 验证结束后清除水盘残留，避免微生物滋生。

十五、验证结论与意义

Thermo Scientific 3111培养箱经标准化湿度均匀性验证，可确认以下性能：

• 湿度分布差异≤±5%RH，符合国家标准；

• 湿度波动度≤±2%RH，长期运行稳定；

• 加湿与循环系统协调性良好，无明显冷凝区或干燥区；

• 满足生物培养及药品稳定性实验对高湿环境的一致性要求。

通过定期验证与校准，可确保设备始终处于最佳工作状态，提高实验结果的重复性与数据可靠性，为实验室质量控制提供坚实保障。

十六、总结

湿度均匀性验证是培养箱性能评估的关键技术环节。赛默飞Thermo 3111培养箱凭借其先进的空气循环设计、精密的PID控制系统和高灵敏传感器，在恒湿环境下可实现优异的空间一致性。
通过科学的验证方法和标准化数据分析，实验室可建立可追溯的性能评价体系，保证设备满足研究与生产需求。
合理的维护与周期性验证，将确保3111培养箱在未来长期运行中保持湿度控制精度，为科研与工业应用提供稳定可靠的环境支持。