CN101210930A - 一种测定血清中镁含量的方法 - Google Patents

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周桦
宇万太
张璐
马强
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Abstract

本发明涉及血清中镁离子浓度的测定,1)a.顺序注射的进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;b.对血清样品进行测定;血清样品按体积稀释比例逐级稀释,进行实验操作;c.采用步骤a的操作条件对镁标准溶液进行测定,以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一条标准曲线;2)从该曲线上找到所测血清样品的相对荧光强度对应的镁质量浓度;以镁质量浓度在45-75ng/ml范围内的测定结果为实验结果,其值准确可靠。结果验证了在测定血清过程中会存在一个最好稀释范围的论证,为流动非平衡体系中,相对较短反应时间内测定血清中镁含量提供了借鉴依据。

Description

一种测定血清中镁含量的方法
技术领域
本发明涉及血清中镁含量的测定,具体的说是一种血清中镁含量测定的方法。
背景技术
镁是生命过程所必需的元素,对动植物的许多生理机能起着重要的作用,主要表现在:①镁对心脏活动具有重要的调节作用:它通过对心肌的抑制,使心脏的节律和兴奋传导减弱,从而有利于心脏的舒张与休息;②镁对心血管系统亦有很好的保护作用:它可减少血液中胆固醇的含量,防止动脉硬化,同时还能扩张冠状动脉,增加心肌供血量,进而有利于预防高血压及心肌梗塞;③镁也具有使神经和肌肉正常运作的功能,因此能协助抵抗忧郁症,解除肌肉痉挛;④镁离子是许多酶的激活剂:如生命赖以生存的氧化磷酸化酶的代谢就必须有镁的参与才能进行;⑤在生物学上,镁的作用也极为重要:因为它是叶绿素分子的核心原子,叶绿素结构以镁原子铗状结合为其分子的母核,此镁原子铗状结合具有强力催化作用。
镁元素含量的分析测定除了经典的静态平衡体系测定方法外,目前比较集中的领域是流动态非平衡体系的测定方法。非平衡态测定体系的诞生颠覆了支撑化学学科的四大平衡理论,使科研工作者重新审视评价化学反应以及化学学科,同时也丰富了化学学科。流动态非平衡体系是指在流动注射(文献1:Ruzicka J,Hansen E H,Flow injection analyses:Part I.A newconcept of fast continuous flow analysis,Analytica Chimica Acta,78(1975):145-157)分析技术,以及在其基础上发展起来的第二代顺序注射(文献2:Ruzicka J,Marshall G D,Sequential injection:a new concept for chemicalsensors,process analysis and laboratory assays,Analytica Chimica Acta,237(1990):329-343)和第三代顺序注射-“阀上实验室”(文献3:Wang J H,Hasen E H,Sequential injection lab-on-valve:the third generation of flowinjection analysis,TrAC Trends in Analytical Chemistry,22(2003):225-231)分析技术。例如使用流动注射-原子吸收光谱法(文献4:Zikri Arslan,JulianF.Tyson,Determination of calcium,magnesium and strontium in soils by flowinjection flame atomic absorption spectrometry,Talanta,50(1999):929-937)和顺序注射-荧光光度法(文献5:Armas G,Cladera A,Becerra E,Estela J M,CerdàV,Fluorimetric sequential injection determination of magnesium using8-hydroxiquinoline-5-sulfonic acid in a micellar medium,,Talanta,52(2000):77-82)测定水中的镁。查阅大量文献可以发现,使用流动注射进样系统与监测器联用测定血清和全血中镁含量的研究有一些,而使用顺序注射进样系统和顺序注射-“阀上试验室”进样系统则一篇没有。本发明就是利用顺序注射进样系统与荧光分光光度计联用,探索出顺序注射体系下测定血清中镁含量的最佳实验条件,人血清样品回收率实验以及牛血清标准参考物对照实验都取得了良好的结果,为顺序注射流动体系下测定血清中镁元素含量开辟了新的道路。
发明内容
本发明的目的是找到在顺序注射-荧光光度分析体系中测定镁含量的最佳条件。以镁与8-羟基喹啉-5-磺酸(HQS)在碱性溶液中反应可以产生荧光为基础,乙二醇-双-(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA)作为掩蔽剂,十六烷基三甲基氯化铵(HTAC)为增敏剂,将顺序注射分析与荧光光度检测技术联用,建立了测定血清样品中镁含量的灵敏的自动分析方法。
为实现上述目的,本发明采用的试验技术方案如下:
一种测定血清中镁含量的方法,采用顺序注射的方式与荧光分光光度计联用测定血清中镁含量,
1)a.顺序注射的进样顺序为先吸入十六烷基三甲基氯化铵(HTAC)/乙二醇-双-(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA)溶液,再吸入样品溶液,最后吸入8-羟基喹啉-5-磺酸(HQS)/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液质量浓度0.1-0.25%,EGTA溶液3-10×10-3mol/l,HQS溶液0.5-2.5×10-3mol/l,缓冲体系为pH=10.0的硼砂-硼酸-KCl溶液;进样体积均为150μl;系统流速为1.75-2.5ml/min;
b.对血清样品进行测定;血清样品按1-20倍的体积稀释比例逐级稀释,进行实验操作;
c.采用步骤a的操作条件对质量浓度为8-1200ng/ml镁标准溶液进行测定,以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一条标准曲线;
2)从该曲线上找到所测血清样品的相对荧光强度对应的镁质量浓度;以镁质量浓度在45-75ng/ml范围内的测定结果为实验结果,其值准确可靠。
本发明具有如下优点:
①本方法引入了顺序注射进样系统,使样品和试剂的混合完全由软件控制,操作简单方便,大大减少了操作中的人为干扰。
②本方法试样和试剂的消耗量很小,适用于长期监测和试剂或试样昂贵或来源受到限制的分析。
③本方法灵敏、准确、简单、快速。在采样频率为60样/小时的分析速度下,对500ng/ml的Mg2+标准溶液进行11次平行测定的相对标准偏差为0.2%,对20ng/ml的Mg2+标准溶液进行11次平行测定的相对标准偏差为0.7%。
④本方法实现了荧光分光光度法与顺序注射进样技术相结合用于血清中镁离子浓度的测定,为测定血清中的镁元素含量建立了新的分析方法。
附图说明
图1为1号人血清样品镁含量与回收率的关系图;
图2为2号人血清样品镁含量与回收率的关系图。
具体实施方式
发明综述:
1)顺序注射是在流动注射的基础上发展起来的,虽然它们都是在流动非平衡体系中依靠仪器的稳定性,高重现性完成对样品的测定过程,但不同的是,流动注射机理是试样区带和试剂区带在蠕动泵的驱动下来回往复运动,于管道中完成混合和反应过程,可以说使用流动注射进样,溶液区带之间的混合和重叠非常充分,稀释过程也非常充分,同样使用流动注射在线完成试样的稀释目前也在广泛的应用中。而由于顺序注射硬件特点不能像流动注射一样采用汇合流的方式完成试样与试剂的混合和反应过程,而是需要顺序的吸入试样与试剂,再反方向推向监测器,使试样和试剂区带在管道中停留的时间很短,因此使用顺序注射进样时,试样与试剂区带的混合、反应以及稀释程度都较流动注射要小很多,测定黏度比较大的样品时比较难。而顺序注射-“阀上实验室”进样系统中,试样与试剂区带流经的管道距离更小,更不利于反应的发生和血液的稀释,测定难度更大。这也是为什么目前使用流动注射结合监测装置测定血清以及全血中镁含量的文章有一些,但是使用顺序注射和顺序注射-“阀上实验室”测定血清以及全血中镁含量的文章却没有。
2)血清中含有大量的蛋白质等有机物,粘度大,虽然顺序注射进样技术对样品有稀释作用,但是如果样品本身的稀释程度不够,测定结果依旧不理想。如果稀释程度小,血清黏度很大,在较短的反应时间内不易被显色剂区带渗透,反应程度受到抑制,测定结果偏小;另外,稀释倍数小,血清中镁含量增大,干扰物质的浓度也很大,在它们同时与显色剂发生化学反应的过程中,由于各反应反应动力学的差异,使得干扰离子对结果的影响影响很大,测定结果偏小很多,且有随着稀释倍数减小,测定值偏离参考值越严重的情况。但是如果稀释倍数过大,血清黏度很小,但是镁含量也很小,在固定进样量的情况下,掩蔽剂对镁的掩蔽作用就不能忽略掉,况且各干阳离子与显色剂反应的动力学条件不尽相同,也会使测定偏离正常值。因此可以看出,使用该方法对血清中镁含量进行测定,一定会存在一个最佳稀释倍数或范围,使得血清黏度适当,与试剂区带的渗透充分,其中的干扰离子对测定不产生干扰,测定结果准确。偏离该点或该范围都会使测定结果较参考值低。
3)对血清样品的逐级稀释发现,只有稀释一定倍数,才能得到令人满意的测定结果。对人血清样品来说,稀释倍数在200-240和200-250倍,稀释后镁离子浓度在45-60ng/ml和60-75ng/ml范围内测定结果良好。牛血清标准品是固体样品,和液体样品的稀释概念不同,以其被定容的体积作为稀释倍数。当牛血清被稀释750-1000倍时,其中镁离子浓度在44-60ng/ml范围内,测定结果良好。无论是人血清还是牛血清,虽然稀释倍数有差别,但是镁离子含量却相差不大,这也验证了在测定血清过程中会存在一个最好稀释范围或镁离子浓度范围的论证,为流动非平衡体系中,相对较短时间内测定血清中镁含量提供了借鉴依据。
4)血清中镁含量的测定:为了验证所建立方法的可靠性,申请人做了测定人血清中镁离子的回收率试验以及牛血清标准品中镁离子含量的测定实验。
实施例1
在最优化实验条件下,即进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.15%(w/w),EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min;以60样/h的实验频率对血清样品进行测定,包括测定人血清样品中镁离子的回收率以及牛血清标准品中镁离子的含量。(pH=10.0的缓冲体系根据按照克拉克-鲁布斯缓冲溶液的配制方法配制,即0.2mol/l的NaOH溶液43.9ml,0.2mol/l的硼酸(12.405克H3BO3+14.912克KCl/升)50.00ml定容至200ml容量瓶中。)
①人血清中镁离子回收率的测定
人血清样品采自东北大学医院,均为当日采集,处理和离心的血清。测定血清中镁离子回收率的试验过程是:先做一条标准曲线,然后测定血清中镁离子含量,另取一份血清样品,向该样品中加入一定浓度的镁标准溶液,测定该混合溶液的总的镁离子含量,两相相减的差值与加入的镁标准溶液含量的比值,就是该样品中镁的回收率。
制作标准曲线的步骤是:在上述最优化实验条件下,对一系列浓度的镁标准溶液进行测定,镁标准溶液的浓度分别为10ng/ml,50ng/ml,100ng/ml,500ng/ml,750ng/ml,1000ng/ml,1200ng/ml。以测得的相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到回归方程为ΔF=1.403+0.0123×C,相关系数R=0.9994(n=7)。
通过测定血清中镁离子回收率发现,血清样品稀释倍数对样品回收率有很大影响,结果见图1和图2。稀释倍数偏大偏小都不能得到很好的回收率结果,只有稀释倍数在一定范围内,回收率结果误差才能小于5%。通过实验发现,1号人血清样品稀释倍数在200-250倍之间,回收率结果为97-99%,2号人血清样品稀释倍数在200-240倍之间,回收率结果为99-102%。
具体操作步骤如下:
1)优化试验:使用单因素优化试验方法对试验所需参数进行优化,得到各项参数的最佳值,结果见表1。
表1  单因素优化结果对照表
  实验参数   优化值
  荧光激发波长λex   407nm
  荧光发射波长λem   498nm
  进样顺序   HTAC/掩蔽剂+样品+HQS/缓冲
  pH值   10.0
  系统流速   2.5ml/min
  HQS   1.0×10-3mol/l
  HTAC   0.15%(w/w)
  EGTA   7.0×10-3mol/l
  HTAC/EGTA溶液体积   150μl
  试样溶液体积   150μl
  HQS/缓冲溶液体积   150μl
2)共存物质的影响:在测定结果允许误差不超过
Figure A20061013510400071
5%的范围内,对1μg/ml的Mg2+进行测定,各物质允许存在倍数如表2所示。
表2  各中共存物质的影响
  干扰离子   允许倍数
  Fe3+   0.5
  Zn2+   7
  Al3+   4
  Ca2+   30
  Pb2+   5
3)分析性能:在上述经优化的实验条件,即进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.15%(w/w),EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min;以相对荧光强度对Mg2+质量浓度进行线性拟合,回归方程为ΔF=1.403+0.0123×C,相关系数R=0.9994(n=7),线性响应范围为8-1200ng/ml。在采样频率为60样/小时的分析速度下,对500ng/ml的Mg2+标准溶液进行11次平行测定的相对标准偏差为0.2%,以二次去离子水代替Mg2+标准溶液,进行11次平行测定,以测定结果的3倍标准偏差所对应的浓度作为检出限,结果为4ng/ml。
4)人血清样品中镁离子的回收率试验
先以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一标准曲线ΔF=1.762+0.0129×C,相关系数R=0.9989(n=6),线性区间上限为1200ng/ml,将血清样品的测定结果带入到方程中,求出该样品所对应的浓度。
将血清样品稀释200倍进行测定,另取一份样品向其中加入一定量镁标准溶液,再进行测定,将两浓度的差值除以加入的镁标准的浓度,得到该样品镁含量的回收率,结果见表4。回收率结果误差在5%范围内,说明该实验条件下干扰离子对测定镁含量不产生影响。
表3  人血清样品中镁含量的的回收率实验
Figure A20061013510400081
②牛血清标准品镁含量的测定实验
本文采用标准参考物(牛血清(冻干)成分分析标准物质[GBW(E)090006])对照实验来验证该方法测定血清中Mg2+含量的准确性。
1)牛血清标准品的前处理过程:将冻干血清(2ml/瓶)转移至小烧杯中,加少许硝酸(0.5mol/l)后,于恒温电热板(60℃)加热30min,待溶解成均匀无沉淀的液体后,用适量NaOH颗粒调节pH值至中性,定容至100ml容量瓶。对溶液进行逐级稀释然后测定。
2)测定条件:上述最优化试验条件:即顺序注射系统进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.15%(w/w),EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min。
对牛血清标准品进行的镁含量测定实验发现了同样的问题,实验结果见表3。标准参考物对照实验显示了同样的结果,稀释倍数在750-1000倍,样品的测定结果与参考值相符,稀释倍数在该区间外,测定结果与参考值不符。
表4  牛血清样品镁离子浓度与镁含量测定结果关系
稀释倍数 参考浓度(ng/ml)   测定浓度(ng/ml)
  4000   11.2±0.9   8.4±0.4
  2000   22.3±1.8   19.5±0.5
  1000   44.6±3.6   46.5±1.0
  750   59.5±4.8   61.6±0.8
  500   89.2±7.2   47.9±0.9
  400   111.5±9.0   57.0±1.2
其中稀释1000倍,得到结果与参考值相符,说明该方法测定血清中Mg2+含量结果准确可靠,结果见表5。
表5  牛血清标准品中镁的分析结果
  样品编号   测定值(μg/ml)   参考值(μg/ml)
  [GBW(E)090006]   23.3±0.5   22.3±1.8
实施例2
在改变的实验条件下,即进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.25%(质量浓度),EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min;以60样/h的实验频率对血清样品进行测定,包括测定人血清样品中镁离子的回收率以及牛血清标准品中镁离子的含量。
①人血清中镁离子回收率的测定
改变增敏剂HTAC的溶液浓度,其他条件不改变,测定血清中镁离子含量的回收率。结果发现,增加增敏剂的浓度,仅增大了相对荧光强度,况且标准溶液的相对荧光强度与样品的测定值相应增大,对样品中镁离子浓度的测定没有影响。
具体操作步骤如下:
先以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一标准曲线ΔF=1.971+0.0127×C,相关系数R=0.9991(n=7)。将血清样品的测定结果带入到方程中,求出该样品所对应的浓度。
将血清样品稀释200倍进行测定,另取一份样品向其中加入一定量镁标准溶液,再进行测定,将两浓度的差值除以加入的镁标准的浓度,得到该样品镁含量的回收率,结果见表4。回收率结果误差在5%范围内,说明该实验条件下干扰离子对测定镁含量不产生影响。
表4  人血清样品中镁含量的的回收率实验
Figure A20061013510400091
②牛血清标准品镁含量的测定实验:
使用上述条件及拟合方程测定稀释1000倍的牛血清标准品,得到结果23.1±0.6与参考值相符,说明改变增敏剂HTAC溶液浓度,测定血清中Mg2+含量结果依旧准确可靠。
说明:只减小增敏剂HTAC溶液浓度(质量浓度1%)也不会改变血清样品的测定结果,所以改变增敏剂HTAC溶液浓度不会改变血清样品的测定结果。虽然目前对增敏剂的增敏剂的增敏机理尚处于研究阶段,但是可以肯定的是,增敏剂无论是从改变外部环境改变荧光强度还是从参与化学组成改变络合物本身的荧光效率,其对络合物的增敏效果都有一适应范围,在该范围内测定血清中镁含量都可行。
实施例3
改变掩蔽剂EGTA浓度,其他试验条件不变,即进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.15%(w/w),EGTA溶液3×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min;以60样/h的实验频率对血清样品进行测定,包括测定人血清样品中镁离子的回收率以及牛血清标准品中镁离子的含量。
①人血清中镁离子回收率的测定
改变掩蔽剂EGTA浓度,其他试验条件不变,测定人血清样品中镁离子的回收率。试验结果显示减小掩蔽剂的浓度,相对荧光强度稍微减小,对测定血清中镁离子的回收率也没有影响。
具体操作步骤如下:
先以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一标准曲线ΔF=1.535+0.0128×C,相关系数R=0.9992(n=7)。将血清样品的测定结果带入到方程中,求出该样品所对应的浓度。
将血清样品稀释200倍进行测定,另取一份样品向其中加入一定量镁标准溶液,再进行测定,将两浓度的差值除以加入的镁标准的浓度,得到该样品镁含量的回收率,结果误差在5%范围内,说明该实验条件下干扰离子对测定镁含量不产生影响。
②牛血清标准品镁含量的测定实验:
使用上述条件及拟合方程测定稀释1000倍的牛血清标准品,得到结果22.9±0.8与参考值相符,说明改变掩蔽剂EGTA溶液浓度,测定血清中Mg2+含量结果依旧准确可靠。
说明:本方法使用乙二醇-双-(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA)掩蔽Ca2+,两种离子与EGTA的络合常数差6个数量级,符合掩蔽剂的选择性滴定原理。在优化掩蔽剂浓度时发现,掩蔽剂浓度在3-10×10-3mol/l时,掩蔽剂对Ca2+的掩蔽效果都非常理想,选择7×10-3mol/l作为最佳浓度,因为在该浓度两种络合物相对荧光强度差值达到最大。而3×10-3mol/l和10×10-3mol/l的浓度不会影响血清中镁的测定结果。
实施例4
减小系统流速,其他试验条件不变,即进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液0.15%(w/w),EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l;进样体积均为150μl;系统流速为1.75ml/min;以40样/h的实验频率对血清样品进行测定,包括测定人血清样品中镁离子的回收率以及牛血清标准品中镁离子的含量。
①人血清中镁离子回收率的测定
改变系统流速,其他试验条件不变,测定人血清样品中镁离子的回收率。试验结果显示减小系统流速,相对荧光强度增强,但对测定血清中镁离子的回收率也没有影响。
具体操作步骤如下:
先以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一标准曲线ΔF=2.013+0.0128×C,相关系数R=0.9997(n=7)。将血清样品的测定结果带入到方程中,求出该样品所对应的浓度。
将血清样品稀释200倍进行测定,另取一份样品向其中加入一定量镁标准溶液,再进行测定,将两浓度的差值除以加入的镁标准的浓度,得到该样品镁含量的回收率,结果误差在5%范围内,说明该实验条件下干扰离子对测定镁含量不产生影响。
②牛血清标准品镁含量的测定实验:
使用上述条件及拟合方程测定稀释1000倍的牛血清标准品,得到结果22.7±0.5与参考值相符,说明改变掩蔽剂EGTA溶液浓度,测定血清中Mg2+含量结果依旧准确可靠。
说明:系统流速会影响试样与试剂在管道中的停留时间,近而影响试样与试剂的反应程度。系统流速小,试样与试剂在管道中的停留时间长,试样与试剂的反应更加彻底,荧光强度增加,反之亦然。从试验频率与测定精度综合考虑,本方法选择2.5ml/min,因为该流速是系统所能承受的最大流速,而且在该流速下试验频率最大,最省时,况且荧光强度也不会减小很多。减小系统流速,虽然可以使测定精度增加,可是会减小测定频率,但是对测定结果并不会产生影响。

Claims (2)

1.一种测定血清中镁含量的方法,其特征在于:采用顺序注射的方式与荧光分光光度计联用测定血清中镁含量,
1)a.顺序注射的进样顺序为先吸入十六烷基三甲基氯化铵/乙二醇-双-(2-氨基乙基)四乙酸溶液,再吸入样品溶液,最后吸入8-羟基喹啉-5-磺酸/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液质量浓度0.1-0.25%,EGTA溶液3-10×10-3mol/l,HQS溶液0.5-2.5×10-3mol/l,缓冲体系为pH=10.0的硼砂-硼酸-KCl溶液;进样体积均为150μl;系统流速为1.75-2.5ml/min;
b.对血清样品进行测定;血清样品按1-20倍的体积稀释比例逐级稀释,进行实验操作;
c.采用步骤a的操作条件对质量浓度为8-1200ng/ml镁标准溶液进行测定,以相对荧光强度对镁质量浓度进行线性拟合,得到一条标准曲线;
2)从该曲线上找到所测血清样品的相对荧光强度对应的镁质量浓度;以镁质量浓度在45-75ng/ml范围内的测定结果为实验结果,其值准确可靠。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:
其中,步骤a.顺序注射的进样顺序为先吸入HTAC/EGTA溶液,再吸入样品溶液,最后吸入HQS/缓冲溶液;各溶液的浓度分别为HTAC溶液重量浓度0.15%,EGTA溶液7×10-3mol/l,HQS溶液1.0×10-3mol/l,缓冲体系为pH=10.0的硼砂-硼酸-KCl;进样体积均为150μl;系统流速为2.5ml/min。
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