一、CO₂探头类型及工作原理

在CO₂培养箱中，常见的探头类型主要包括以下两种：

1. 红外线（NDIR）探头（Non-Dispersive Infrared）

原理：
利用CO₂分子对特定红外波长的吸收特性，通过测量红外光在经过含有CO₂的空气时的吸收程度，计算出CO₂浓度。

特点：

• 精度高；

• 反应快；

• 适用于长期使用；

• 价格略高；

• 不受温湿度影响大。

2. 热导式探头（Thermal Conductivity Sensor）

原理：
基于不同气体热导率的差异，测定混合气体与标准气体之间热传导率的差别推算CO₂浓度。

特点：

• 成本较低；

• 对湿度和温度敏感；

• 精度略低；

• 需要定期更频繁校准。

了解探头类型有助于选择合适的校准方法。

二、校准的必要性与频率

1. 为什么需要校准？

• 避免读数漂移：传感器使用时间久后可能产生数据偏移；

• 确保实验准确性：CO₂浓度对pH调节有直接影响，偏差可能导致细胞代谢异常；

• 排除系统误差：检修后、传感器更换或长时间未使用时都需重新校准；

• 符合法规要求：如GLP、GMP等实验室管理体系规定定期校准仪器。

2. 建议的校准频率

• 一般建议每月或每两个月进行一次校准；

• 若为高精度实验（如干细胞、胚胎培养），建议每两周一次；

• 若使用热导式探头，频次可适当提高；

• 校准周期应视设备老化程度、使用强度而定。

三、CO₂探头校准的方式分类

1. 单点校准

• 使用零点气体（通常为纯氮气或空气）；

• 设定CO₂基准为0%，用于修正零点漂移；

• 适用于定期快速校准或初步检查探头。

2. 双点校准

• 同时使用零点气体和标准浓度CO₂气体（如5% CO₂混合气）；

• 通过两个基准值建立线性关系，提高整体精度；

• 为最常用、最可靠的校准方法。

3. 自动校准（Auto-Calibration）

• 部分高端设备具备自动校准功能，基于长期运行的数据趋势进行自我修正；

• 适用于连续使用但仍建议定期手动核查。

四、CO₂探头校准前的准备工作

1. 工具与材料准备

• 标准气体（0% CO₂和5% CO₂混合气，准确标注浓度，配有调节阀）；

• 校准气体输送管（材质建议为硅胶或聚四氟乙烯）；

• 流量计（控制流速，一般设定在0.5–1.0 L/min）；

• 校准端口适配器（大多数培养箱背部或内部设有接入口）；

• 无菌手套、口罩及记录表格。

2. 环境与设备检查

• 培养箱应运行稳定超过30分钟；

• 温度与湿度达到设定值；

• 校准过程中避免频繁开门，保持箱体稳定性。

五、CO₂探头手动校准的详细步骤（以双点法为例）

第一步：关闭自动控制系统（若适用）

• 进入设备菜单，关闭CO₂控制功能；

• 防止校准过程中CO₂自动补充，干扰测量值。

第二步：通入零点气体（0% CO₂）

• 将零点气体通过校准口输入培养箱；

• 调节气体流量至标准值（0.5–1.0 L/min）；

• 维持通气约10–15分钟，直到CO₂读数稳定；

• 在设备菜单中选择“零点校准”或“Zero Point Calibration”；

• 系统自动记录传感器响应并调整内部参数。

第三步：通入标准气体（如5% CO₂）

• 更换气源为标准CO₂混合气；

• 保持流速不变，通气10–15分钟；

• 等待设备读数稳定；

• 进入菜单，选择“跨度校准”或“Span Calibration”；

• 系统将对传感器整体输出曲线进行调整；

• 提交设置，保存校准结果。

第四步：恢复自动控制功能

• 重新开启CO₂控制系统；

• 确认浓度设置恢复至实验所需值（如5%）；

• 观察系统调节是否正常，CO₂输入是否及时响应。

第五步：记录校准数据

• 包括气体批号、流量、校准时间、操作人、校准前后数据等；

• 存入实验室档案，供日后追溯。

六、特殊情况与处理策略

1. 校准后读数仍异常波动

• 检查气体纯度与阀门状态；

• 确认气体输送管密封良好；

• CO₂探头表面可能有积尘或污染，可根据说明进行温和清洁；

• 必要时考虑更换探头。

2. 找不到校准口或无法进入菜单

• 查阅说明书或联系厂家技术支持；

• 不同品牌（如Thermo, Panasonic, ESCO等）菜单命名和流程略有不同。

3. 使用内部气体校准（稀有）

• 个别型号可通过培养箱内已稳定的CO₂气氛进行相对校准；

• 精度不如标准气体可靠，仅作临时方案。

七、自动校准系统简介（如IR探头）

部分高端培养箱搭载智能传感器，具备以下功能：

• 自动分析环境趋势修正偏差；

• 校准频率可自定义；

• 校准记录自动保存，可连接电脑导出；

• 校准后自动恢复设定值。

虽然便利，但仍推荐定期使用标准气体人工校对，以确保系统运行可靠。

八、探头维护与延寿建议

• 每次校准前使用干燥布轻拭探头表面；

• 避免探头暴露于液体或高湿蒸汽；

• 若长时间停用，应封存培养箱并关闭气体；

• 探头一般2–3年建议更换一次，具体根据使用频率与厂家建议。

九、结语

CO₂探头的准确性直接决定了培养箱环境的稳定性和实验的可靠性。若探头出现偏差，将可能导致培养液pH波动、细胞状态异常、实验失败等严重后果。通过本文所述的系统性操作流程与原理介绍，用户可掌握CO₂探头校准的全流程，从而规范操作行为、优化设备管理、确保实验质量。同时，实验室应将此操作纳入标准操作规程（SOP），定期培训人员，建立校准档案与质量追踪机制，实现高标准、高效率的科研环境管理。