二氧化碳培养箱 CB56 红外传感详解

一、概述

二氧化碳培养箱（CO₂ incubators）广泛应用于生命科学、细胞培养、组织工程、微生物学等领域。为了在严格的生理条件下培养细胞，培养箱需要精确控制 CO₂ 浓度、温度、湿度等环境参数。CO₂ 的浓度调控对细胞生长及代谢至关重要，因为 CO₂ 不仅影响培养环境的酸碱平衡，还与细胞的代谢和生长状态密切相关。

CB56 型二氧化碳培养箱采用了红外传感器技术，用于高精度检测和控制箱内 CO₂ 浓度。红外传感器作为二氧化碳浓度监控的核心技术之一，以其高灵敏度、快速响应和稳定性，在现代细胞培养中发挥着重要作用。

本篇文章将详细探讨 CB56 培养箱中红外传感技术的工作原理、优势与应用、操作设置及其在污染控制、精确度保证等方面的作用，帮助用户更好地理解和优化 CO₂ 测量与控制系统。

二、红外传感器原理

红外传感技术通过测量气体吸收红外光的特性来确定气体浓度。在二氧化碳培养箱中，红外传感器用于精确监测培养箱内 CO₂ 浓度的变化。

1. 红外光吸收原理

CO₂ 分子能够在特定波长范围内吸收红外光。红外传感器利用这一特性，通过发射特定波长的红外光并通过待测气体，探测被 CO₂ 吸收的红外光量。传感器通过测量剩余的红外光强度来推算 CO₂ 的浓度。

• 波长选择：红外传感器通过选择适当的波长来提高对 CO₂ 分子的灵敏度。CO₂ 分子在 4.26 μm 处有明显的吸收峰，因此红外传感器通常选择这个波长来检测 CO₂ 浓度。

• 光源与接收器：红外传感器包括一个发射光源和一个接收器，光源发射的红外光通过样品气体，再被接收器检测，经过比对光的强度变化来计算气体浓度。

2. 吸光度与浓度关系

根据朗伯-比尔定律（Beer-Lambert law），光通过样品气体时的吸光度与气体浓度成正比。因此，传感器通过测量光的衰减量（即被 CO₂ 吸收的红外光）来推算气体的浓度。这一过程非常高效且快速，能够实时反映 CO₂ 浓度的变化。

• 定量测量：通过计算气体的吸光度，传感器能够输出相应的 CO₂ 浓度值，这些值通常通过校准标准浓度得到的曲线进行精确换算。

3. 非分散红外传感器

CB56 二氧化碳培养箱采用的是非分散红外（NDIR）传感器，这种传感器不需要将不同波长的光分散到不同的检测器上，因此具有结构简单、响应速度快、稳定性高等优点。NDIR 传感器通过以下步骤工作：

• 红外光源发射光线，通过培养箱的气体路径。

• CO₂ 气体吸收部分波长的红外光，其余光线透过。

• 接收器测量剩余光的强度，并将数据转换为 CO₂ 浓度。

NDIR 技术能够非常快速、精确地响应 CO₂ 浓度的变化，是 CO₂ 测量中的标准技术之一。

三、CB56 培养箱中红外传感器的优势

1. 高灵敏度与精确度

红外传感器具有较高的灵敏度，能够精确检测到从几 ppm 到 20% 的 CO₂ 浓度变化，满足各种细胞培养实验的需求。CB56 培养箱中的红外传感器能够在短时间内响应 CO₂ 浓度的变化，保持培养环境的稳定。

• 低浓度检测：红外传感器在低 CO₂ 浓度下依然能够进行准确测量，这对于细胞培养尤其重要，因为细胞生长的最优 CO₂ 浓度通常较低。

• 高精度控制：传感器能够精确地控制 CO₂ 浓度，确保其在设定范围内波动，不会对细胞的代谢和生长造成不良影响。

2. 快速响应时间

红外传感器的响应时间通常在几秒钟内，这使得 CB56 培养箱能够迅速调整 CO₂ 浓度，保证培养环境的稳定性。培养箱能够实时监控 CO₂ 浓度的变化，及时进行调节，以维持最佳培养条件。

• 动态调节：CO₂ 浓度变化的实时监测和快速响应功能确保了 CO₂ 控制系统能够及时调整，保持环境稳定。

3. 稳定性与长寿命

非分散红外传感器在长期使用中具有较高的稳定性，相比其他类型的 CO₂ 传感器，其测量精度在较长时间内变化较小。对于 CB56 培养箱而言，这意味着较低的维护频率和更长的使用寿命。

• 长期可靠性：红外传感器的稳定性降低了校准频率，减少了设备故障的发生，提高了实验室运营效率。

4. 无需消耗化学试剂

与传统的电化学传感器不同，红外传感器不需要消耗化学试剂来进行 CO₂ 浓度测量。其工作原理基于物理吸光度，因此不会产生任何化学反应，也无需更换试剂或进行频繁的维护，降低了实验的复杂性和成本。

四、CB56 红外传感器的操作设置

1. CO₂ 浓度设置

CB56 培养箱中的 CO₂ 浓度控制系统由红外传感器实时监控，确保其维持在设定范围内。操作人员可以通过控制面板设定目标 CO₂ 浓度（通常为 5% CO₂），以满足细胞培养的需求。

• 设定浓度：用户可以根据细胞的类型和培养需求设置合适的 CO₂ 浓度。

• 实时调节：当 CO₂ 浓度偏离设定值时，培养箱会自动调整 CO₂ 浓度，使其回到设定值。

2. 自动校准与手动校准

红外传感器的校准是确保 CO₂ 浓度准确性的关键。CB56 培养箱提供了自动和手动两种校准方式：

• 自动校准：培养箱会定期自动进行传感器校准，以保证测量精度。

• 手动校准：用户也可以手动进行校准，尤其在实验前或设备长时间未使用时，确保传感器精确响应。

3. 报警系统

为了确保 CO₂ 浓度的稳定，CB56 培养箱配备了报警系统。若 CO₂ 浓度超出设定范围，系统会通过可视或听觉信号提醒用户，避免细胞培养环境受到损害。

• 设定报警阈值：用户可以设置 CO₂ 浓度的报警阈值，确保当浓度变化过大时，能够及时进行干预。

五、红外传感器性能优化

为了确保 CO₂ 浓度测量的高效性和准确性，操作人员可以通过以下几种方式优化红外传感器的性能：

1. 定期清洁传感器

虽然红外传感器本身对污染物不太敏感，但在长时间使用后，传感器表面可能积累灰尘或其他污染物。定期清洁传感器表面，有助于保持其灵敏度。

• 清洁频率：根据使用频率和实验环境的清洁程度，定期进行传感器表面的清洁。

• 清洁方法：使用适合的无尘布和温和的清洁剂，避免对传感器造成损害。

2. 避免频繁开关门

频繁打开培养箱门会导致 CO₂ 浓度快速波动，从而增加传感器的负担。减少不必要的开门次数，有助于维持培养箱内部环境的稳定性，减轻传感器的调节压力。

• 开门时长控制：尽量减少开门时间，并确保在必要时迅速关闭培养箱门，减少 CO₂ 浓度变化。

3. 适当的校准

定期对传感器进行校准可以保证其准确性。CB56 提供了自动校准和手动校准两种方式，确保传感器在各种使用环境下始终保持精确响应。

六、总结

赛默飞 CB56 型二氧化碳培养箱采用红外传感器技术精确监控 CO₂ 浓度，提供高灵敏度、快速响应和长寿命的优势，是现代细胞培养不可或缺的工具。红外传感器的非分散设计使其在 CO₂ 浓度测量中更加高效，避免了化学试剂的使用，并且具有稳定性和高精度。

通过合理设置 CO₂ 浓度、优化传感器性能和定期维护，科研人员可以确保培养箱内的培养环境始终保持稳定，从而促进细胞的正常生长和实验数据的可靠性。总之，CB56 培养箱为细胞培养提供了理想的环境控制平台，红外传感器技术则为其精确监控 CO₂ 浓度提供了坚实的技术支持。