化学发光免疫分析法检测血清中前列腺特异抗原复合物

周友俊 李娇霞 程绘珺 杨乔芬 何美琼 郭丽萍 邓智勇

引用本文: 周友俊,  李娇霞,  程绘珺,  杨乔芬,  何美琼,  郭丽萍,  邓智勇. 化学发光免疫分析法检测血清中前列腺特异抗原复合物[J]. 分析化学, 2016, 44(8): 1209-1214. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150937 shu
Citation:  ZHOU You-Jun,  LI Jiao-Xia,  CHENG Hui-Jun,  YANG Qiao-Fen,  HE Mei-Qiong,  GUO Li-Ping,  DENG Zhi-Yong. Chemiluminescence Immunoassay for Quantitative Analysis of Prostate Specific Antigen Complexed to α1-Antichymotrypsin in Human Serum[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2016, 44(8): 1209-1214. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150937 shu

化学发光免疫分析法检测血清中前列腺特异抗原复合物

  • 基金项目:

    本文为云南省应用基础研究(昆医联合专项)项目(No.2014FB077)资助

摘要: 采用杂交瘤技术构建抗前列腺特异抗原-α1-抗胰凝乳蛋白酶(Prostate specific antigen-α1-antichymotrypsin complex,PSA-ACT)单克隆抗体(单抗)细胞株,共获得8株稳定分泌PSA-ACT单抗的细胞株,纯化后进行免疫特性鉴定并做单抗配对。选择其中一对单抗,采用辣根过氧化物酶(HRP)催化鲁米诺(lumino)-H2O2化学发光体系,建立了测定人血清中PSA-ACT浓度的化学发光酶免疫分析方法(CLEIA)。对包被缓冲液、包被抗体浓度、酶标抗体稀释度、温育时间、发光反应时间和免疫反应步骤等实验参数进行了优化。在最佳实验条件下,PSA-ACT浓度在5~40 ng/mL范围内线性关系良好(R2=0.9943),检出限为0.53 ng/mL,批内相对标准偏差(RSD)为4.6%~6.6%,批间RSD为5.7%~8.0%,回收率为95.4%~104.2%,与游离前列腺特异性抗原F-PSA的交叉反应率为0.6%。本方法简单、稳定、灵敏、快速,为开发检测PSA-ACT的CLEIA试剂盒奠定了基础。

English

  • 前列腺癌(Prostate cancer,PCa)是男性最常见的肿瘤之一,近年来其发病率呈明显的上升趋势[1~3]。早期诊断和治疗对控制PCa尤为重要。前列腺特异抗原(Prostate specific antigen,PSA)是目前临床广泛采用的PCa检测标志物[4~10]。PSA在精液里以游离态(Free-PSA,F-PSA)存在,血液中通常为结合态(Complexed-PSA,C-PSA),正常男性血液中可检测到的PSA(T-PSA)一般低于4 ng/mL。当T-PSA>10 ng/mL时,患者患前列腺癌的几率极高,但T-PSA含量为4~10 ng/mL时,PSA检测的特异性仅为59.2%,假阴性率即漏诊率可达38%~48%[11]。因为PSA不具有肿瘤特异性,除PCa外,良性前列腺增生、炎性病变和梗死等前列腺病变,甚至年龄的增长,都能引起T-PSA含量的升高,因此,T-PSA含量4~10 ng/mL成为了临床诊断灰区。

    研究者提出了不同的PSA指数,用于校正T-PSA检测值,提高PSA检测的准确率。目前,临床上应用最多的是采用测定F-PSA水平并计算F-PSA/T-PSA(F/T)比值的方法进行进一步筛查[12~14]。但是,F-PSA在血清中不稳定,且F/T比值在诊断前列腺癌时缺乏统一标准,亦难以根据这一范围内的PSA筛查和诊断PCa[15]

    血清中C-PSA主要以前列腺特异抗原-α1-抗胰凝乳蛋白酶(PSA-α1-antichymotrypsin complex,PSA-ACT)的形式存在。研究表明,以血清中PSA-ACT含量作为检测指标,可提高对PCa早期诊断的特异性和准确性[16~19]。与同时检测T-PSA和F-PSA相比,PSA-ACT检测具有稳定、简单、成本低、不受年龄因素影响等优势,其敏感性和特异性均优于T-PSA检测,且可以降低PCa的筛查成本[15, 20~22]

    PSA-ACT的检测方法与F-PSA及T-PSA类似,酶联免疫分析法(ELISA)是最常用的方法[23, 24],但目前还没有检测PSA-ACT的商业化试剂盒。

    与ELISA法相比,化学发光酶免疫分析法(CLEIA)具有灵敏度高、线性范围宽、操作简单且易于实现高通量检测等特点[25, 26]。本研究制备了抗PSA-ACT单克隆抗体(单抗),采用辣根过氧化物酶(HRP)催化鲁米诺(lumino)-H2O2化学发光体系,建立了双抗体夹心化学发光酶免疫分析方法,用于PSA-ACT的高灵敏度检测,为开发可用于临床检验的PSA-ACT试剂盒奠定了实验基础。

    BHP 9540微孔板发光分析仪(北京滨松光子技术有限公司);MX-F型固定式混匀仪(上海大龙医疗器械有限公司);WZ-2A型微量振荡器(北京海淀电子医疗仪器厂) Sp2/0骨髓瘤细胞(国家生物医学分析中心病毒安全检测实验室提供);6~8周龄的雌性Balb/c小鼠(军事科学院实验动物中心);RPMI 1640培养基、牛血清蛋白(BSA)(美国Gibco公司);PSA-ACT Antigen(加拿大Biospacific公司);PSA Antigen F-PSA Ag protein(英国Biorbyt公司);弗氏完全佐剂、弗氏不完全佐剂和HAT/HT培养基(美国Sigma公司);单克隆抗体分型试剂盒(Southern Biotech公司);rProtein A蛋白纯化试剂盒(美国GE公司);BCA蛋白浓度试剂盒(江苏碧云天生物技术研究所);辣根过氧化物酶(HRP,美国MP Biomedicals公司);鲁米诺化学发光底物液(苏州贝尔达生物医药科技有限公司);其它试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。

    采用免疫原PSA-ACT对6~8周龄的雌性Balb/c鼠进行背部皮下免疫,初次免疫剂量为20μg/只;15日后进行初次加强免疫(10μg/只),此后每隔28天进行一次加强免疫。第4次加强免疫10天后断尾取血,以1μg/mL PSA为包被原,采用间接ELISA法[20]检测血清中抗PSA抗体的效价。取抗血清效价大于1:8000的小鼠的脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞进行细胞融合,采用HAT培养基对杂交瘤细胞进行培养,去除未融合的脾细胞和骨髓瘤细胞。

    对可分泌单一抗PSA-ACT抗体的细胞株进行扩大培养,用体内诱生法制备腹水。选取10周龄的雌性小鼠,接种杂交瘤细胞前7天注射石蜡油,抑制自身免疫功能。将阳性杂交瘤细胞稀释后注入小鼠腹腔,7天后收集小鼠腹水,以间接ELISA法测定腹水效价。利用rProtein A亲和柱法纯化腹水,得到的纯化抗体用PBS透析3次,-20℃保存。

    采用SDS-PAGE测定抗体的纯度,采用BCA法测定抗体的浓度。以甲胎蛋白(Alpha Fetoprotein,AFP)、癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)、广谱肿瘤标志物(Carbohydrate antigen 50,CA50)、卵巢癌相关抗原(Carbohydrate antigen 125,CA125)、乳腺癌相关抗原(Carbohydrate antigen 153,CA153)、F-PSA等为包被原,采用间接ELISA进行交叉反应检测。采用间接ELISA相加实验,分析抗体针对的抗原表面决定簇。以1μg/mL PSA包被酶标板,先分别加入所有单抗,测定450和630 nm处的吸光度比值(OD450/OD630)[27],再将所有单抗两两配对加入,测定OD450/OD630,比较前后吸光度值的变化,进而对单抗按作用位点进行分类。

    在单克隆抗体分类的基础上,选择针对抗原上不同决定簇的两个单抗进一步配对分析,分别用一个抗体作为包被抗体,另一个作为酶标抗体,PSA-ACT抗原稀释梯度0,5,10,20,40和60 ng/mL,采用间接ELISA检测,每组抗体对均要进行正配与反配,挑选具有高灵敏度和良好线性的一对抗体,建立化学发光酶免疫分析法。

    用包被缓冲液将纯化后的PSA-ACT单抗稀释至适当的浓度,加入96孔板中,100μL/孔,4℃包被过夜。PBS洗涤3次,每孔加入300μL含1% BSA的磷酸盐-吐温缓冲溶液(PBST),室温封闭3 h,弃封闭液,干燥,4℃密封保存[21]。采用改良的过碘酸盐氧化法[28]制备HRP标记的抗体(HRP-IgG),加入等体积甘油,密封冷冻保存。以质控血清作为标准品基质,按比例将适量的PSA-ACT加入到基质血清中,得到浓度分别为0 (S0),5 (S1),10 (S2),20 (S3),40 (S4)和60 ng/mL(S5)的系列标准品,4℃保存。

    在包被抗体板每孔中加入50μL样品或标准品、50μL酶标抗体,振荡混匀,37℃温育1 h,洗涤5次,按化学发光底物试剂盒说明书加入适量发光底物,避光反应一定时间后,测定各孔的相对发光强度(Relative light unit,RLU),绘制PSA-ACT浓度和对应RLU值间的双对数标准曲线。

    按Southern Biotech单克隆抗体分型试剂盒说明书,以浓度为1μg/mL PSA抗原包被酶标板,依次加入细胞培养上清(100μL/孔)和1:500稀释的HRP标记二抗进行反应。根据OD450值最高的孔所对应的酶标二抗确定该孔抗体的亚类。

    分别以T-PSA,F-PSA,PSA-ACT为抗原进行包被,采用间接ELISA法对杂交瘤细胞进行筛选,随后对阳性细胞株进行克隆。多次筛选、克隆后,获得可分泌单一抗PSA-ACT抗体的细胞株。

    在3份临床采集的人血清样品中,分别加入5,10和20 ng/mL PSA-ACT标准品,在最佳实验条件下测定,计算回收率。结果见表 3。与已报道的采用免疫技术原理检测PSA-ACT的方法[19]相比,本方法灵敏度稍低,稳定性和重现性好,用于实际样品检测,结果令人满意。本研究结果为进一步开发检测PSA-ACT的CLIA试剂盒奠定了基础。

    表 3

    表 3  血清样品中PSA-ACT回收率测定(n=3)
    Table 3.  Recovery of PSA-ACT spiked in human serum samples (n=3)
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    血清样品Serum sample本底值Found (ng/mL)加标量Added (ng/mL)测定值Total found (ng/mL)回收率Recoveries (%)
    样品1 Sample11.535.06.74±0.07104.2
    1011.48±0.26100.4
    2021.09±0.3197.8
    样品2 Sample 23.675.08.71±0.12100.8
    1013.21±0.4595.4
    2023.56±0.2599.5
    样品3 Sample 317.465.022.25±0.1895.8
    1027.36±0.2999.0
    2037.77±0.35101.5

    8株杂交瘤细胞的培养上清间接ELISA检测结果显示,2株属于IgG1类,2株属于IgG2a类,4株属于IgG2b类,无IgG3及IgM类。轻链均为κ类。杂交瘤细胞扩大培养,制备腹水后,以ELISA法检测腹水效价。抗体亚类及腹水效价见表 1

    表 1

    表 1  单克隆抗体亚类及腹水效价
    Table 1.  Subtypes, light chain types and ascites titer of 8 monoclonal antibodies (mAb)
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    抗体编号Number亚类/型Subtype效价Ascites titer
    PSA2Ig G2b/κ1:256000
    PSA9Ig G1/κ1:256000
    PSA13Ig G1/κ1:512000
    PSA17Ig G2b/κ1:512000
    PSA21Ig G2b/κ1:512000
    PSA28Ig G2b/κ1:256000
    PSA36Ig G2a/κ1:512000
    PSA44Ig G2a/κ1:512000
    PSA:前列腺特异抗原(Prostate specific antigen)。

    共进行6次细胞融合,细胞融合率在78%~92%之间。初次筛选得到17株阳性细胞株,经过多次克隆,共得到8株能稳定分泌PSA-ACT单抗的细胞株,分别为PSA2,PSA9,PSA13,PSA17,PSA21,PSA28,PSA36和PSA44。

    8组备选抗体对配对实验结果显示,PSA17/PSA28线性良好(R=0.991),灵敏度高,所以选择这对抗体建立化学发光酶免疫分析法。

    腹水经rProtein A纯化后,用BCA法测得8个单克隆抗体蛋白浓度为1.25~5.00 mg/mL,SDS-PAGE电泳检测结果(图 1)表明,抗体PSA17和PSA28的纯度较高。

    图 1

    图 1  前列腺特异抗原-α1-抗胰凝乳蛋白酶(PSA-ACT)单克隆抗体PSA17和PSA28的SDS-PAGE电泳图
    Figure 1.  SDS-PAGE map of human prostate specific antigen-α1-antichymotrypsin complex (PSA-ACT) specific monoclonal antibodies PSA17 and PSA28

    (1) 交叉反应8株单抗的交叉反应实验结果如表 2所示。8株单抗与所测试的肿瘤标记物的反应很微弱,可以认为没有交叉反应。(2) 抗原结合位点分析用相加系数(Additivity value,AV)评价位点分析结果。AV=[(ODMcAb1+2)/(ODMcAb1+ODMcAb2)]×100%。当AV<50%时,认为两种抗体针对抗原的同一位点,或两种抗体结合不同位点但相互抑制;当AV>50%时,认为两种抗体针对抗原的不同位点。

    表 2

    表 2  8株抗体交叉反应结果
    Table 2.  Cross-reactivity t of 8 mAb
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    抗原NumberPSA2PSA9PSA13PSA17PSA21PSA28PSA36PSA44阳性Positivecontrol阴性Negativecontrol
    甲胎蛋白Alpha fetoprotein, AEP---------+--
    癌胚抗原Carcinoembryonic antigen, CEA-----------+--
    广谱肿瘤标志物Carbohydrate antigen 50, CA50---------+--
    卵巢癌相关抗原Carbohydrate antigen 125, CA125----------+--
    乳腺癌相关抗原Carbohydrate antigen 153, CA153---------+--
    游离前列腺特异抗原Free-prostate specific antigen, F-PSA---------+--
    前列腺特异抗原Prostate specific antigen, PSA+++++++++--
    前列腺特异抗原PSA背景Background--------------------
    注:PSA(背景)是背景值,加相同体积的封闭液代替抗体溶液,其它条件完全相同。
    Note: PSA(background), Adding the same volume of blocking solution instead of antibody, other conditions are identical (+) represents OD450/630 > 1.0;(-)represents 0.02 < OD450/630 < 1;(--) represents OD450/630 < 0.02.

    实验结果表明,PSA2与PSA13、PSA17识别不同的抗原位点,PSA9与PSA13、PSA17识别不同的抗原位点,PSA13与PSA21、PSA28识别不同的抗原位点,PSA17与PSA28、PSA44识别不同的抗原位点。因此,共得到8对识别不同的PSA-ACT位点的单抗细胞株PSA2-PSA13,PSA2-PSA17,PSA9-PSA13,PSA-9-PSA17,PSA13-PSA21,PSA13-28,PSA17-PSA28和PSA17-PSA44。

    本实验选择的最佳实验条件为:0.06 mol/L柠檬酸缓冲液(pH 7.4)作为包被缓冲液;抗体包被浓度5μg/mL,37℃包被120 min;酶标抗体稀释度1:500,37℃恒温不振荡温育1 h;加入发光底物10 min后测量。

    在最佳反应条件下,以化学发光酶免疫分析法测定PSA-ACT浓度,标准曲线如图 2所示。相对发光强度的对数和PSA-ACT浓度的对数在PSA-ACT浓度5~40 ng/mL范围内线性关系良好(R2=0.9943),线性方程为y=2.2504x+2.5142,以(x+2SD)对应的浓度值为方法的检出限[29],测得检出限为0.53 ng/mL。

    图 2

    图 2  化学发光酶免疫分析法测定PSA-ACT的标准曲线
    Figure 2.  Standard curve of chemiluminescence enzyme immunoassay (CLEIA) for determination of PSA-ACT

    以含低(5.0 ng/mL)、中(9.0 ng/mL)、高(40 ng/mL) 3种浓度PSA-ACT的血清进行8孔平行测定,重复3次,测得批内相对标准偏差(RSD)为4.6%~6.6%,批间RSD为5.7%~8.0%。

    采用建立的CLEIA法对5,10,20,40和60 ng/mL的F-PSA进行检测,计算得到F-PSA与PSA-ACT的交叉反应率为0.6%,表明本方法的特异性良好。

    在化学发光酶免疫分析测定体系中,可选择一步法和两步法免疫反应步骤,所建立方法的灵敏度和操作时间会有差别。一步法的基本操作程序如2.7所述;两步法是指将样品或标准品与酶标抗体分别温育,即在包被抗体板孔中加入50μL样品或标准品,37℃温育1 h,洗板后加入50μL酶标抗体,37℃温育1 h。其它步骤与一步法相同。

    本实验中两种方法分析的灵敏度基本一致,线性关系良好,但两步法耗时150 min,一步法耗时90 min,所以最终选择一步法进行测定。

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  • Figure 1  SDS-PAGE map of human prostate specific antigen-α1-antichymotrypsin complex (PSA-ACT) specific monoclonal antibodies PSA17 and PSA28

    Figure 2  Standard curve of chemiluminescence enzyme immunoassay (CLEIA) for determination of PSA-ACT

    Table 1.  Subtypes, light chain types and ascites titer of 8 monoclonal antibodies (mAb)

    抗体编号Number亚类/型Subtype效价Ascites titer
    PSA2Ig G2b/κ1:256000
    PSA9Ig G1/κ1:256000
    PSA13Ig G1/κ1:512000
    PSA17Ig G2b/κ1:512000
    PSA21Ig G2b/κ1:512000
    PSA28Ig G2b/κ1:256000
    PSA36Ig G2a/κ1:512000
    PSA44Ig G2a/κ1:512000
    PSA:前列腺特异抗原(Prostate specific antigen)。
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    Table 2.  Cross-reactivity t of 8 mAb

    抗原NumberPSA2PSA9PSA13PSA17PSA21PSA28PSA36PSA44阳性Positivecontrol阴性Negativecontrol
    甲胎蛋白Alpha fetoprotein, AEP---------+--
    癌胚抗原Carcinoembryonic antigen, CEA-----------+--
    广谱肿瘤标志物Carbohydrate antigen 50, CA50---------+--
    卵巢癌相关抗原Carbohydrate antigen 125, CA125----------+--
    乳腺癌相关抗原Carbohydrate antigen 153, CA153---------+--
    游离前列腺特异抗原Free-prostate specific antigen, F-PSA---------+--
    前列腺特异抗原Prostate specific antigen, PSA+++++++++--
    前列腺特异抗原PSA背景Background--------------------
    注:PSA(背景)是背景值,加相同体积的封闭液代替抗体溶液,其它条件完全相同。
    Note: PSA(background), Adding the same volume of blocking solution instead of antibody, other conditions are identical (+) represents OD450/630 > 1.0;(-)represents 0.02 < OD450/630 < 1;(--) represents OD450/630 < 0.02.
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    Table 3.  Recovery of PSA-ACT spiked in human serum samples (n=3)

    血清样品Serum sample本底值Found (ng/mL)加标量Added (ng/mL)测定值Total found (ng/mL)回收率Recoveries (%)
    样品1 Sample11.535.06.74±0.07104.2
    1011.48±0.26100.4
    2021.09±0.3197.8
    样品2 Sample 23.675.08.71±0.12100.8
    1013.21±0.4595.4
    2023.56±0.2599.5
    样品3 Sample 317.465.022.25±0.1895.8
    1027.36±0.2999.0
    2037.77±0.35101.5
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  • 收稿日期:  2015-11-25
  • 修回日期:  2016-06-07
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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