生物實驗室中電子天平的正確使用與保養

摘 要：電子天平是生物實驗室中最常用的計量儀器，但是其使用往往并不規范，本文結合本實驗室經驗就電子天平的原理、校準、正確使用與保養提出意見和建議。尤其強調了天平校準中的滿量程校、準偏載檢驗、線性檢定、重復性檢定以及預熱、運動和位置對電子天平稱量的影響。

關鍵詞：電子天平；校正；實驗室管理

中圖分類號：TH715.1+16 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4117（2011）09-0324-02

電子天平是實驗室中重要的精密計量儀器，在各行各業中均起到不可替代的作用，生物學實驗各種試劑的配制都需要用到電子天平，可以說電子天平是實驗室科學的基礎計量儀器，電子天平的精密與否、使用規范與否是實驗數據精確、實驗成功的根本保障。

隨著時代的進步，科技的發展，電子天平由于其可直接稱量、稱量中不要砝碼、快速平衡，直接顯示讀數，各種編程稱量、精確快速等特點已經全面替代了傳統天平，在生物實驗中普遍使用。但是，電子天平作為一種貴重儀器，其價格昂貴，且較為嬌貴溫度、濕度、陽光、電磁環境等對其稱量均有影響。保養和使用中如達不到各種要求將直接降低電子天平的精度和使用壽命。如果維護不及時將影響正常的實驗科研工作，做好電子天平的日常保養和維護工作就顯得尤為重要。

一、電子天平的原理及組成

電子天平的主要由：電源、電磁力平衡式、秤盤、傳感器、光電傳感器、控制電路、鍵盤和顯示器組成。電子天平是基于切割磁力線感應電流的電磁平衡原理設計的計量儀器。天平空載時，電磁力平衡式傳感器處于平衡狀態。當秤盤上承載待稱量物時，在重力的作用下，使秤盤的位置發生相應變化，此時位置檢測器感應此變量，經過PID調節器和放大裝置將此變量轉換成線圈中的電流信號，并在采樣電阻上轉換成與此負荷相應的電壓信號（通過標準砝碼標定），再通過信號轉換器經過處理后顯示在顯示屏上。由電子天平的原理可以看出，影響其工作原理的一切因素都是需要避免的，因此氣流、氣溫、濕度、電磁環境等都需要注意。

二、電子天平的校準

任何電子天平使用前都需要校準，在頻繁使用期間也需要定期進行校準。各種天平的校準方式不同，有的高級電子天平（如梅特勒-托利多、賽多利斯等廠家的高端型號）具有內部砝碼校準系統，具有自動化程度高，精確度高等特點，但由于搭載此系統的天平過于昂貴，因此這里介紹一下普遍使用的外部砝碼校準方式。在校準前，首先要滿足天平稱量的基本條件：防塵、溫度恒定、適度適宜，另外天平應該放在堅固穩定的實驗臺上（梅特勒公司推薦使用至少1公分厚的大理石臺面作為稱量臺）調平，同時天平周圍不能通風（尤其避免空調和電扇）否則會造成天平輕微晃動指數不能穩定的情況。天平標定前需至少預熱30分鐘（視具體型號而定）已達到穩定。按照不同量程精度、不同精度的電子天平，根據實驗室自身條件和要求選擇不同大小、不同等級的標準砝碼（不同標準的砝碼往往價格差別很大、如非強制認證或者作為極精確計量不必選擇高階砝碼）。精確的電子天平校準應該包括，四角誤差檢驗、線性檢定、重復性檢定等：

（一）滿量程校準：指的是將適合天平滿量程的砝碼放在稱量盤的正中間，按下相關校正按鍵調整讀數與目標砝碼一致。

（二）偏載檢驗(四角誤差檢驗)：偏載檢驗(四角誤差檢驗)是指各偏載點示值與中心點示值之差的最大者。在稱量盤四角和中心位置采用去皮回零的方法測量同一砝碼，每個偏載點與中心位置的測量差值就是該點偏離中心點的四角誤差。如出現四角誤差，一般為稱量盤老化或者污染，更換稱量盤，或者檢查稱量盤放置是否穩定。

（三）線性檢定(天平各載荷點的最大允許誤差檢定)：選擇5點，逐點比較各測試載荷點的示值與相應載荷的約定值之差是否超過相應載荷時的最大允許誤差，以此來評估天平的線性。如線性出現問題需要重新標定線性。

（四）重復性檢定：天平的重復性測定要在空載和加載狀態下進行，加載的載荷有兩種——一種是全載，一種是半載，要求分別對加載和空載進行讀數，每加一次載荷，應返零一次。每次讀數均應在合理的誤差范圍之內。

三、電子天平使用過程中三個值得注意的因素

（一）電子天平必須預熱

由于電子天平的稱量原理是作平衡，一旦天平失去平衡，內部結構會利用電磁力將天平重新拉回平衡。而拉回平衡的這個電磁力，是由流經線圈中與物體質量成正比。因此整個天平的內部溫度。天平內部的磁鋼達到平衡才能產生穩定的電磁力，使稱量穩定精確、而只有經過充分預熱，才能使磁鋼達到熱平衡，此階段完成天平才達到平衡，隨后才能利用“去皮”鍵使顯示回零，此時天平才真正處于工作狀態。

此外，一般的電子天平都沒有類似普通儀器的電源開關，只要插上電源天平就已處于預熱狀態，事實上，電子天平上的“on/off”鍵只是顯示器開關，因此頻繁使用的天平不必拔掉電源看，尤其是高精度的電子天平，在條件許可的狀態下，可長期保持通電使天平始終處于預熱狀態（高精度天平的預熱往往時間更長）。

（二）電子天平的“運動”

電子天平預熱過后，也不要立即稱量，應該通過加載/卸載砝碼（將最大稱量砝碼加載到秤盤上，然后卸載、反復十次左右）的方式“活化”天平的傳感器簧片——電子天平的傳感器通常由數個簧片構成，以此進行力的傳遞。不使用時傳感器是處于休眠狀態，簧片也處于休眠狀態，若這時進行稱量，將往往會引起稱量時重復性差、回零不佳，穩定性差、讀數久久不能穩定等。

（三）位置對電子天平的影響

由于電子天平的稱量原理，稱量的是物體的質量、而不是重量，在地心引力的作用下，任何一個有質量的物體其重量都會受到重力加速度的影響，而地心引力的位置效應是不同的，甚至同一物體在一樓和五樓（隨高度的變化）的稱量值都是不一樣的。這使得標定過的天平最好不要隨意挪動，如果萬不得已非要移動天平，最好對移動后的天平進行重新調零和校準。

四、電子天平的維護和注意事項

（一）防塵

由于電子天平的傳感器是由簧片連接稱量盤傳遞壓力的，在此一系列的活動部件中，傳感器不是一個封閉的環境，而是由外殼、線圈、極靴和磁鋼組成的一個高敏感高精度的部件，一般位于稱量盤下方（個別高端產品例外）。因此我們一定要注意防塵，定期清理天平室和防風罩內的衛生，更重要的是盡量避免稱量粉末的灑落，如果發現有稱量物灑落應及時用毛刷清理干凈。

（二）電子天平外部的清洗

外部清洗時不要使用強力清洗劑（防止腐蝕外殼），應使用清水沾濕的毛巾擦洗（注意不要讓液體滲到儀器內部），隨后以干毛巾擦干。稱樣時落在天平罩里的物品或粉末，必須用天平標配的軟毛刷除去。

（三）設置專用的天平室

專業的天平稱量室應該具有防塵、穩定、不受陽光的直射、遠離暖氣與空調、遠離磁場、避免振動、塵埃和腐蝕氣體等。電子天平經過一段時間的使用后后最好做一下內部構件的除塵，這種工作一定要由專業的維修工程師操作。一般需要聯系維修中心，費時費力，因此一定要注意天平的防塵和正確操作等工作，由于灰塵無處不在，電子天平的放置環境非常重要，最好經常清掃，避免通風，盡量減少灰塵的產生。此外在稱量中還應注意以下兩點：1、稱量具有腐蝕性和易揮發的物體時，要盛放在密閉的容器（小試管、小容量瓶）中，以免腐蝕傳感器，損傷天平。2、子天平在長時間不使用時應隔一段時間通一次電，預熱1到2小時，以保持電子元器件干燥。

作者單位：商丘師范學院生命科學系

作者簡介：馬亢（1983— ），男，回族，河南省商丘市人，商丘師范學院生命科學系，實驗員，助教，理學碩士，研究方向：生物化學與分子生物學，實驗室管理；周慶峰（1978— ），男，漢族，遼寧省盤錦市人，商丘師范學院生命科學系，科研處副處長，副教授；學位：醫學博士；研究方向：生物化學與分子生物學，生物醫學。