全自動(dòng)碘分析儀測(cè)定水碘與尿碘的試驗(yàn)研究

摘要： 為了建立測(cè)定水碘和尿碘的全自動(dòng)碘分析儀的儀器檢測(cè)方法，并驗(yàn)證該方法可替代手工法進(jìn)行水碘和尿碘的檢測(cè)，采用砷鈰催化分光光度法（簡稱手工法）和全自動(dòng)碘分析儀測(cè)定法（簡稱儀器法）測(cè)定水碘和尿碘的標(biāo)準(zhǔn)液梯度曲線、 凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及實(shí)際樣品的碘含量，從標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)r、 凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、 實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果， 實(shí)驗(yàn)條件等多個(gè)方面進(jìn)行比對(duì)分析。結(jié)果表明：手工法和儀器法所測(cè)水碘和尿碘的線性相關(guān)系數(shù)r均大于0.999 0，所測(cè)凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碘離子的質(zhì)量濃度與標(biāo)準(zhǔn)值一致，所測(cè)實(shí)際樣品中碘的質(zhì)量濃度結(jié)果經(jīng)過t檢驗(yàn)， p值大于0.05，不存在顯著性差異，全自動(dòng)碘分析儀所測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確可靠。

關(guān)鍵詞： 水碘； 尿碘； 分光光度法； 全自動(dòng)碘分析儀

中圖分類號(hào)： O657.32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Experimental Study on Determination of Urinary Iodine and

Water Iodine by Automatic Iodine Analyzer

FAN Xiaocui DUAN Chaoyue3， WANG Danyu MAN Man YU Hairong CUI Zhen YIN Xiao3

（1.Shandong Province Institute of Measurement， Jinan 250014， Shandong， China; 2. School of Biological Science and Technology，

University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China; 3. Beijing Baode Instruments Co.， Ltd.， Beijing 102206， Beijing， China）

Abstract： To establish an instrumental method of automatic iodine analyzerforthedeterminationofwateriodineandurinary iodine and verify that this method can replace manual method for the determination of water iodine and urinary iodine， arsenic and cerium catalytic spectrophotometry （manual method） and automatic iodine analyzer （instrument method） were used to determine the standard liquid gradient curve of water iodine and urinary iodine， the iodine content in the standard material for analysis of iodine in freeze-dried human urine and actual samples， and the detection results and experimental conditions of the linear correlation coefficient r of the standard curve， the standard material for analysis of iodine in freeze-dried human urine， the actual samples were compared and analyzed. The results show that the linear correlation coefficient r of water iodine and urinary iodine measured by manual methodand instrument method are greaterthan0.999 0.Theiodine mass concentrations of the standard material for analysis of iodine in freeze-dried human urine are consistent with the nominal values， and the iodine mass concentrations of the actual samples are tested by t-test， and the p values are greater than 0.05， indicating no significant difference， the results measured by automatic iodine analyzeraremoreaccurate and reliable.

Keywords： water iodine; urinary iodine; spectrophotometry; automatic iodine analyzer

碘在人體中是一種不可或缺的微量元素，有研究^［1-3］表明： 當(dāng)人體攝入量的碘過少時(shí)，可能導(dǎo)致甲狀腺腫大、 克汀病等地方性疾?。划?dāng)人體碘的攝入量過多時(shí)，有可能對(duì)血脂產(chǎn)生影響，同時(shí)增加患高血壓和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)，還可能導(dǎo)致甲狀腺炎、 甲狀腺亢進(jìn)等地方性疾病，因此， 對(duì)碘元素的普查測(cè)定對(duì)人體的健康至關(guān)重要。

目前測(cè)定水碘的國家標(biāo)準(zhǔn)有《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 第5部分： 無機(jī)非金屬指標(biāo)》（GB/T 5750.5—2023）^［4］，測(cè)定尿碘的有衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《尿中碘的測(cè)定 第1部分： 砷鈰催化分光光度法》（WS/T 107.1—2016）^［5］。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)原理都是采用砷鈰催化分光光度法，利用碘離子對(duì)亞砷酸與硫酸鈰銨的氧化還原反應(yīng)的催化作用間接測(cè)定碘含量。在酸性條件下，亞砷酸與硫酸鈰銨發(fā)生緩慢的氧化還原反應(yīng)，黃色的Ce⁴⁺被還原成無色的Ce³⁺， 碘含量越高， 反應(yīng)速度越快，所剩余的Ce⁴⁺則越少?？刂品磻?yīng)溫度和時(shí)間，比色測(cè)定體系中剩余Ce⁴⁺的吸光度值， 利用碘化物的質(zhì)量濃度與測(cè)定的吸光度值對(duì)數(shù)值的線性關(guān)系計(jì)算碘化物含量^［6］。檢測(cè)過程自動(dòng)化是檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的方向，對(duì)于檢測(cè)大批量樣品是非常必要的。由于采用砷鈰催化分光光度法測(cè)定尿碘、 水碘的實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度及時(shí)間的控制較為嚴(yán)格，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)員操作要求相對(duì)較高。目前國外對(duì)于碘元素的測(cè)定主要采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法^［7］，但是由高濃度的鈉、 鉀、 鈣等離子組成的尿液基體對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）的碘元素分析存在信號(hào)干擾^［8］，且該方法費(fèi)用較高，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員操作要求也較高^［7］，因此在國內(nèi)并不適用。

全自動(dòng)碘分析儀能夠模擬人工操作，通過計(jì)算機(jī)精確控制加樣體積、 反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，可滿足對(duì)樣品連續(xù)測(cè)定的要求， 實(shí)現(xiàn)了樣品測(cè)定的全自動(dòng)化和批量化。 該儀器的問世不僅能顯著降低檢測(cè)人員工作強(qiáng)度， 避免測(cè)定過程中實(shí)驗(yàn)人員與有毒試劑亞砷酸的接觸， 提高了操作過程的安全性^［9-10］， 而且還創(chuàng)新優(yōu)化了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置， 顯著提高了水碘和尿碘檢測(cè)分析的精確度和準(zhǔn)確度。 本文中對(duì)砷鈰催化分光光度法（簡稱手工法）和全自動(dòng)碘分析儀測(cè)定法（簡稱儀器法）的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比， 主要分析和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)曲線、 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)量控制、 實(shí)際樣品檢測(cè)、 實(shí)驗(yàn)條件等方面的差異， 為水碘、 尿碘的準(zhǔn)確測(cè)定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)用的主要儀器包括： BUI120型全自動(dòng)碘分析儀， 北京寶德儀器有限公司， 尿碘的量程（碘離子的質(zhì)量濃度， 以下同）為0～1 200 μg/L， 水碘的量程為0～200 μg/L； LY-V36型石墨消解儀，江蘇常州金壇良友儀器有限公司； UV-9 600型紫外分光光度計(jì)，北京北分瑞利分析儀器集團(tuán)有限責(zé)任公司； HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，邦西儀器科技（上海）有限公司； 試管，直徑為15 mm、 長度為150 mm的玻璃試管。

實(shí)驗(yàn)用的主要試劑包括： 凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)， 中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與健康所國家碘缺乏病參照實(shí)驗(yàn)室， 其中GBW09108z的碘離子的質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)值為102 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為10 μg/L；GBW09110f的 標(biāo)準(zhǔn)值為212 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為15 μg/L；GBW09111b的標(biāo)準(zhǔn)值為525 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為17 μg/L；GBW09112b的標(biāo)準(zhǔn)值為794 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為28μg/L；GBW09108u的標(biāo)準(zhǔn)值為79.1μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為9.0 μg/L；GBW09110z的標(biāo)準(zhǔn)值為233 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)差為15 μg/L。尿碘試劑盒，包含標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品、 過硫酸銨溶液、 亞砷酸溶液、 硫酸鈰銨溶液， 標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品中包括碘離子的質(zhì)量濃度分別為0～300、 300～1 200 μg/L這2個(gè)濃度梯度樣品， 武漢眾生生化技術(shù)有限公司； 水碘試劑盒，包含標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品、 二氯異氰尿酸鈉溶液、 亞砷酸溶液、 硫酸鈰銨溶液， 標(biāo)準(zhǔn)曲線樣品中包括碘離子的質(zhì)量濃度分別為0～20、 0～200 μg/L這2個(gè)濃度梯度樣品，武漢眾生生化技術(shù)有限公司； 二氯異氰尿酸鈉C3Cl2N3NaO3， 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 手工操作流程

1）測(cè)定尿碘。打開石墨消解儀以及恒溫水浴鍋，待石墨消解儀溫度穩(wěn)定至100 ℃、 水浴溫度穩(wěn)定至（30±0.3） ℃后，用移液槍準(zhǔn)確移取0.25 mL低濃度（碘離子的質(zhì)量濃度為0～300 μg/L）尿碘標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品， 然后準(zhǔn)確加入1.0 mL的過硫酸銨的濃度為1.0 mol/L的溶液， 混勻， 然后放入石墨消解儀中消解60 min。 消解結(jié)束取出冷卻至室溫后準(zhǔn)確加入2.5 mL的亞砷酸的濃度為0.025 mol/L的溶液， 并靜置于溫度為（30±0.3） ℃的水浴內(nèi)15 min， 然后按濃度從高到低依次間隔30 s加入0.3 mL的硫酸鈰銨的濃度為0.025 mol/L的溶液， 混勻后于溫度為（30±0.3）℃的水浴內(nèi)褪色30 min。 待碘離子質(zhì)量濃度為300 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液吸光度值為0.15～0.18時(shí)，從高到低依次間隔30 s，用光程1 cm比色皿，以純水為參比，用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)待測(cè)樣品在波長為400 nm時(shí)的吸光度。測(cè)定高濃度（碘離子的質(zhì)量濃度為300～1 200 μg/L）尿碘的過程與檢測(cè)低濃度尿碘的操作除部分條件不同外，其余流程完全相同。

2）測(cè)定水碘。水碘測(cè)定無需石墨消解，水浴溫度穩(wěn)定至（30±0.2 ）℃時(shí)。用移液槍準(zhǔn)確移取2.0 mL低濃度（碘離子的質(zhì)量濃度為0～20 μg/L）水碘標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品， 然后準(zhǔn)確加入0.5 mL的二氯異氰尿酸鈉的質(zhì)量濃度為500 mg/L的溶液， 混勻后靜置10 min。 然后， 準(zhǔn)確加入2.0 mL亞砷酸的濃度為0.025 mol/L的溶液并靜置于（30±0.2）℃水浴內(nèi)15 min， 按濃度從高到低依次間隔30 s加入0.2 mL的硫酸鈰銨的濃度為0.025 mol/L的溶液， 混勻后于（30±0.2） ℃水浴內(nèi)褪色36 min。 最后， 從高到低依次間隔30 s， 用光程為1 cm比色皿， 以純水為參比， 用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)待測(cè)樣品在波長為380 nm時(shí)的吸光度。 測(cè)定高濃度（碘離子的質(zhì)量濃度為0～200 μg/L）水碘的過程與檢測(cè)低濃度水碘的操作除個(gè)別條件不同外， 其余流程完全相同。

1.2.2 全自動(dòng)碘分析儀工作條件

儀器檢測(cè)范圍為： 尿碘， 碘離子的質(zhì)量濃度為0～1 200 μg/L，其中低濃度范圍（碘離子的質(zhì)量濃度為0～300 μg/L）所用波長為400 nm， 高濃度范圍（碘離子的質(zhì)量濃度為300～1 200 μg/L）所用波長為380 nm； 水碘， 碘離子的質(zhì)量濃度為0～200 μg/L， 其中低濃度范圍（碘離子的質(zhì)量濃度為0～20 μg/L）所用波長為380 nm， 高濃度范圍（碘離子的質(zhì)量濃度為0～200 μg/L）所用波長為400 nm。采用光程1 cm比色皿進(jìn)行比色， 以純水為參比。

打開儀器連接好計(jì)算機(jī)， 同時(shí)打開并連接好儀器配套的外接低溫恒溫水浴槽， 待儀器溫度穩(wěn)定至100 ℃、 水浴溫度穩(wěn)定至30 ℃時(shí)開始實(shí)驗(yàn)。 手動(dòng)用移液槍準(zhǔn)確移取0.25 mL低濃度尿碘標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品， 其中， 為了適應(yīng)儀器的測(cè)定程序， 同時(shí)保證碘離子的質(zhì)量濃度為300 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的吸光度值能更好地落在衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T 107.1—2016^［5］規(guī)定的范圍內(nèi)， 要求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液取3次平行樣。 設(shè)定好儀器檢測(cè)程序，設(shè)定預(yù)測(cè)時(shí)間分別為29、 30、 31 min，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕開始檢測(cè)。測(cè)定高濃度尿碘時(shí)須要將預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)為18、 19、 20 min。測(cè)定水碘無需預(yù)測(cè)時(shí)間，低濃度水碘檢測(cè)時(shí)間為36 min，高濃度水碘檢測(cè)時(shí)間為24 min。除手工取樣外，其余操作均由儀器自動(dòng)完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 尿碘測(cè)試結(jié)果

采用手工法和儀器法2種方式測(cè)定尿碘的標(biāo)準(zhǔn)曲線， 回算樣品的碘離子的質(zhì)量濃度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果如表1、 2所示。

從2種方法所測(cè)的低濃度尿碘、 高濃度的尿碘標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)r以及凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碘離子含量回算結(jié)果來看，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，手工法和儀器法所得標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)r以及凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碘離子含量回算結(jié)果均比較理想，且從兩者對(duì)比來看，儀器法與手工法所測(cè)高、 低2個(gè)濃度梯度范圍內(nèi)的凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碘離子的質(zhì)量濃度回算結(jié)果經(jīng)過t檢驗(yàn)， p值均大于0.05，說明2種方法所測(cè)結(jié)果不存在差異，并且測(cè)試結(jié)果也相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 水碘測(cè)試結(jié)果

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用手工法與儀器法同時(shí)測(cè)定不同采樣點(diǎn)地下水的水碘樣品，對(duì)比2種測(cè)試方法所測(cè)結(jié)果的差異，結(jié)果如表3、 4所示。

從表3、 4中的結(jié)果可知，儀器法與手工法所測(cè)不同采樣點(diǎn)地下水水樣中的碘離子含量結(jié)果經(jīng)t檢驗(yàn)， p值均大于0.05，表明兩者不存在顯著性差異，說明全自動(dòng)碘分析儀可代替人工進(jìn)行水碘檢測(cè)。

2.3 消解溫度的影響

樣品的消解溫度對(duì)尿碘檢測(cè)結(jié)果有顯著影響。 本文中采用石墨消解儀對(duì)凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09108u、 GBW09110z和采集到的8個(gè)不同尿液樣品進(jìn)行不同消解溫度處理，然后采用全自動(dòng)碘分析儀檢測(cè)碘離子含量，結(jié)果如表5所示。此外， 為了確定試管內(nèi)樣品的最佳消解溫度， 本文中以純水代替樣品和消解液， 將消解溫度分別設(shè)定為100、 104、 106、 108、 110、 112 ℃，消解30 min后記錄試管內(nèi)液體的溫度， 結(jié)果見表6。

從表5中可以看出： 在消解溫度為100～112 ℃時(shí)， 凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09108u中碘離子的質(zhì)量濃度的測(cè)試結(jié)果相差不大； 但是， 凍干人尿中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09110z中碘離子的質(zhì)量濃度和實(shí)際尿樣的碘離子的質(zhì)量濃度的測(cè)試結(jié)果差異較大，表明溫度偏高偏低都會(huì)導(dǎo)致尿碘的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大差異。同時(shí)結(jié)合表5、6可以得知，試管內(nèi)液體溫度為90～92 ℃時(shí)， 即消解溫度為108 ℃時(shí)， 消解效果最好， 測(cè)試結(jié)果誤差最小。

無論是手工法還是儀器法， 消解溫度的變化都會(huì)影響試管中樣品的消解效果，從而影響測(cè)試結(jié)果。儀器通過計(jì)算機(jī)控溫，而且能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使溫度精準(zhǔn)保持在設(shè)定的合理范圍內(nèi)，從而確保最終測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

本文中通過比較全自動(dòng)碘分析儀與傳統(tǒng)手工分光光度法在測(cè)定尿碘和水碘中的應(yīng)用，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行深入的分析和討論。結(jié)果表明，全自動(dòng)碘分析儀不僅在測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性方面與傳統(tǒng)手工分光光度法一致，而且在實(shí)驗(yàn)條件控制、 操作效率、 試劑消耗及環(huán)境污染方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在如下方面：

1）全自動(dòng)碘分析儀能夠精確控制實(shí)驗(yàn)條件，如加樣體積、 反應(yīng)溫度和時(shí)間等，這是手工操作難以做到的。這種精確控制不僅提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，還大大降低了由人為誤差導(dǎo)致的變異性。此外，自動(dòng)化操作減少了實(shí)驗(yàn)人員對(duì)有害試劑的直接接觸，顯著提高了實(shí)驗(yàn)安全性，保護(hù)了實(shí)驗(yàn)人員的安全。

2） 全自動(dòng)碘分析儀完全模擬人工操作模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅顯著提升了檢測(cè)效率，而且節(jié)省了大量時(shí)間和人力，為快速、 準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和評(píng)估人群碘營養(yǎng)狀況提供了可能。

3） 雖然全自動(dòng)碘分析儀的檢測(cè)結(jié)果與手工法的檢測(cè)結(jié)果沒有顯著性差異，但在提高實(shí)驗(yàn)成功率、減少操作復(fù)雜度以及提升數(shù)據(jù)一致性方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。這些優(yōu)勢(shì)使得全自動(dòng)碘分析儀不僅適用于日常的實(shí)驗(yàn)室分析，而且也適合在大規(guī)模公共衛(wèi)生研究和監(jiān)測(cè)中應(yīng)用。

4） 全自動(dòng)碘分析儀在減少試劑消耗和環(huán)境污染方面也表現(xiàn)出色。與手工操作相比，自動(dòng)化技術(shù)能夠精確計(jì)量所需試劑，避免了試劑的過量使用，從而減少了化學(xué)廢物的產(chǎn)生，不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本，而且也符合當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室管理的綠色環(huán)保理念。

綜上所述， 全自動(dòng)碘分析儀在尿碘和水碘測(cè)定中的應(yīng)用不僅展示了其在提高檢測(cè)效率、 保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及安全性方面的顯著優(yōu)勢(shì)， 而且在未來科研、 公共衛(wèi)生、 環(huán)境監(jiān)測(cè)、 食品安全實(shí)踐中的應(yīng)用潛力巨大， 可以更好地服務(wù)于人類健康和社會(huì)發(fā)展的需要。

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