一、引言

在细胞培养、组织工程、疫苗制备及其他生物研究领域中，二氧化碳培养箱为实验提供一个模拟生理环境的密闭空间。温度、湿度和CO₂浓度是培养箱运行的三大核心控制参数，而其中CO₂浓度的精准调节在维持培养基pH稳定方面起着决定性作用。赛默飞（Thermo Fisher Scientific）推出的3131系列二氧化碳培养箱以其红外传感器精准、高稳定性控制系统和智能人机界面广泛应用于各类科研和工业实验室。

传感器作为控制系统的“感官”，一旦出现数据漂移或读取异常，将直接影响环境控制的准确性。面对这种情况，实验人员常会产生一个关键问题：“是否可以人工对传感器进行校准？”本文将围绕这一核心问题展开系统性探讨。

二、CO₂传感器工作原理及其异常表现形式

2.1 传感器类型与基本结构

赛默飞3131培养箱通常使用非分散型红外CO₂传感器（NDIR），其工作原理基于CO₂分子对特定波长红外光（一般为4.26μm）的吸收特性。

主要组件包括：

• 红外发射源

• 检测器（光敏电阻）

• 气体通道

• 信号处理电路

• 温度补偿模块

红外光穿过样气通道时，CO₂吸收部分能量，检测器将接收到的红外信号转化为电信号，经主控板处理后显示为CO₂浓度值。

2.2 异常表现形式

常见的传感器读取异常包括：

三、传感器校准的必要性与可行性分析

3.1 为什么需要校准？

CO₂传感器在长时间运行后可能因以下原因而偏离初始标定值：

• 元器件老化；

• 反光腔体污染；

• 红外发射强度衰减；

• 使用环境湿度变化大；

• 用户频繁开门或高负荷工作导致信号处理延迟。

校准的目的，是使当前传感器的输出值恢复至接近实际CO₂浓度水平，从而确保反馈控制的准确性。

3.2 是否可以人工校准？

答案是肯定的。赛默飞3131系列二氧化碳培养箱支持人工校准传感器，并在系统菜单中提供专门的校准功能模块。通过使用标准浓度气体进行单点或多点校准，可以有效修正传感器读数误差，恢复其测量准确性。

四、传感器校准前的准备工作

在进行人工校准之前，应完成以下几项准备，以确保校准结果可靠：

4.1 检查设备运行状态

• 确保培养箱已经预热并达到稳定的设定温度；

• 所有门体关闭，门封良好；

• 传感器位置未被移位或污染。

4.2 准备标准气体源

• 使用校准气体浓度为**5.0% CO₂（±0.1%）**的认证标准气；

• 气瓶需配有调压阀与输出流量控制装置；

• 输出流量建议控制在0.5~1.0 L/min。

4.3 确认操作权限

• 校准操作通常需要管理员权限；

• 若系统设置有用户分级，需登录高级账户或使用工程模式进入。

五、人工校准操作步骤详解（以单点校准为例）

步骤一：进入校准界面

• 打开控制面板；

• 进入菜单“设置” → “维护” → “CO₂传感器校准”；

• 选择“单点校准”模式。

步骤二：通入标准气体

• 将标准5.0% CO₂气体通过校准接口或内部取样口缓慢通入；

• 保持稳定流量，确保气体充满检测通道；

• 建议通气时间不少于5分钟。

步骤三：启动校准程序

• 在面板上选择“确认气体已稳定”；

• 启动校准程序，系统自动记录当前传感器输出并与5.0%浓度建立映射；

• 屏幕提示“校准成功”或“校准失败”。

步骤四：保存并验证

• 若校准成功，系统将更新传感器参数；

• 建议重新观察数值稳定性；

• 可再次用外部检测仪对比验证效果。

六、多点校准与零点校准说明

• 多点校准：使用2~3种不同浓度气体（如0%、5%、10%）建立线性响应关系，适用于严重失准场景；

• 零点校准：使用氮气（纯度99.99%以上）作为0%基准气体，校准传感器低端响应，恢复低浓度段精度。

多点校准耗时较长，适用于质量控制要求较高的实验室，或传感器已经明显老化的设备。

七、常见校准误区与操作注意事项

7.1 未等待设备稳定

• 校准时未等培养箱温度与湿度达到设定值，容易引起漂移。

7.2 使用非标准气体

• 使用工业气或混合气可能浓度不准确，影响标定结果。

7.3 流量过快

• 快速通气造成传感器腔体内压力变化，读数不稳。

7.4 忽略气体纯度标签

• 标准气瓶必须标注NIST可溯源浓度值。

7.5 不及时保存校准值

• 操作完成后未确认保存，系统不会自动更新参数。

八、案例分析

案例一：读取值始终为5.0%

某科研平台设备长时间显示CO₂为5.0%，不随设定变化而波动。现场发现传感器反光腔内布满尘埃，导致信号恒定。清洁并重新校准后读数恢复正常。

案例二：传感器漂移造成pH失衡

一所高校实验室细胞培养结果pH偏低，CO₂设定为5%，但外部分析仪显示仅为3.7%。经校准发现原传感器响应偏差达-1.3%。使用标准气重新校准后问题解决。

九、长期使用下的校准频率与维护建议

建议校准周期：

日常维护建议：

• 定期检查传感器位置是否松动；

• 每季度清理气体通道与过滤器；

• 使用纯净水避免水汽污染传感器区；

• 禁止在箱内使用腐蚀性气体或易挥发溶剂；

• 建议配备独立CO₂浓度监测仪用于交叉验证。

十、结语

赛默飞二氧化碳培养箱3131在传感器读取异常时，完全具备人工校准功能。这一功能是维护设备准确性与实验可靠性的关键技术手段。通过正确识别异常表现、使用标准气源、依照系统指导完成校准流程，用户可有效恢复传感器性能，延长设备使用寿命，并保障实验质量稳定可控。

校准操作虽属于用户可执行范围，但建议具备一定技术背景的实验室工程师或设备管理员定期执行，避免因误操作带来二次失准。