Summary
여기에서는 Indigo Naturalis의 품질을 평가하기 위해 다중 광산란 기법을 기반으로 한 품질 평가 방법을 제시합니다.
Abstract
한약의 품질 관리는 한약 연구 개발의 중요한 요소입니다. 한약의 현대화 및 국제화라는 과제에 직면하여 한약의 품질 식별을 위한 철저하고 효과적인 절차를 수립하는 것이 시급하며 효율적이고 정확하며 환경 친화적인 새로운 분석 및 테스트 기술이 시급히 필요합니다.
다중 광산란은 시료의 성질이나 상태를 변경하거나 유기 시약을 사용하지 않고 한약의 품질을 정확하고 신속하게 평가할 수 있는 최첨단 분석 방법입니다. Indigo Naturalis는 소아 고열, 건선, 백혈병 및 궤양성 대장염에 좋은 치료법으로 간주됩니다. 이 연구에서는 Indigo Naturalis 분말을 물에 첨가하는 과정을 다중 광 산란 장비를 사용하여 정밀하게 기록했습니다.
기기의 정성적 및 정량적 측정은 Indigo Naturalis 분말의 전체 궤적 및 침몰 거동을 정확하게 포착하고 샘플의 투과 및 후방 산란 스펙트로그램을 정성적 지표로, 안정성 지수를 정량적 지표로 사용하여 Indigo Naturalis의 품질에 대한 신속한 평가 방법을 확립하는 데 사용할 수 있습니다. 다중 광산란을 기반으로 하는 분석 기법은 Indigo Naturalis의 품질 평가를 위한 빠르고 정확하며 친환경적이며 친환경적인 방법을 제공하고 고품질 Indigo Naturalis의 개발 및 변형을 지원합니다.
Introduction
한의학에서 질병 치료 과정에서 약물의 임상적 효과와 치료 과정의 안전성은 한약의 품질에 직접적인 영향을 받습니다. 최첨단 식별 기술을 활용하여 한약의 효능을 평가하고 사용자의 안전을 보장할 수 있습니다. 한약수 검사법은 약초를 물이나 용제에 담근 후 색, 크기, 모양의 변화를 관찰하여 약의 진위 여부를 빠르고 정확하게 판단하는 것을 말한다1.
원래는 한의학을 식별하는 데 좋은 선택이었습니다. 그러나 전통적인 수질검사법의 단점은 육안으로 관찰하는 주관성으로 인해 한약의 진위 여부를 구별하는 정확도와 민감도가 낮다는 점이다2. 수질 검사법에 사용되는 주요 약재 중 하나는 소아 고열, 건선, 백혈병 및 궤양성 대장염에 효과적인 치료제로 간주되는 Indigo Naturalis입니다3. 진짜 인디고 내추럴리스는 수면에 떠 있으며, 흔들린 후에도 물이 짙은 파란색으로 변하지 않습니다. 그러나 가짜 Indigo Naturalis에는 가라앉는 입자가 있으며 흔들면 물이 짙은 파란색으로 변합니다4. 그 원리는 소수성이며 쉽게 뜨는 인디고, 인디루빈 및 고품질 Indigo Naturalis의 기타 유기 성분 때문입니다. 반대로, 낮은 유기물, 다량의 석회, 무거운 질감으로 인해 가짜 Indigo Naturalis가 도핑된 일부 입자는 빠르게 가라앉습니다5. 그러나 이 방법은 단순한 정성적 식별에 불과하며 한약의 진위 여부를 빠르게 식별하는 데 한계가 있으며 물에서 인디고 내추럴리스의 변화를 밝히지 못합니다.
다중 광산란 기술은 샘플을 통과하는 레이저를 기반으로 다각도 광 신호 스캐닝을 측정할 수 있는 기술입니다. 입사광은 샘플을 관통하거나 입자를 만날 때 산란됩니다. 산란광이 샘플을 통과하면 투과광 신호가 형성됩니다. 샘플 농도가 높으면 빛이 입자에 의해 반사되어 후방 산란 광 신호를 형성합니다. 광도의 변화는 액체 전처리에서 입자 농도와 입자 크기의 변화를 반영한다6. 다중 광산란 장비는 다중 광산란 기술을 통해 부유액, 에멀젼 및 발포액의 유화, 응집, 침전 및 파열과 같은 현상을 빠르고 정확하게 분석할 수 있을 뿐만 아니라 위 현상의 발생률과 같은 특성을 정량적으로 분석할 수 있습니다.
다중 광산란 기술은 입자 안정성 모니터링7, 적포도주정화8 및 우유 발효 품질 관리9에서 상당한 이점을 입증했습니다. 이 기술을 사용하면 Indigo Naturalis의 전통적인 수질 검사 방법은 직관적이고 정량적이며 과학적일 수 있습니다. 따라서 본 연구는 다중 광산란 기술의 원리를 바탕으로 샘플의 Turbiscan 안정성 지수(TSI)를 품질 관리 지표로 삼아 Indigo Naturalis의 품질에 대한 신속한 평가 방법을 확립했습니다(그림 1).
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Protocol
1. 테스트 샘플 준비
- 테스트를 위해 Indigo Naturalis 허브 파우더의 4가지 배치를 설정합니다. 각 샘플을 일곱 번째 체와 아홉 번째 체에 차례로 통과시키고 일곱 번째와 아홉 번째 체5 사이의 샘플을 수집합니다.
참고: 일곱 번째 체의 평균 조리개 크기는 125μm ± 5.8μm입니다. 아홉 번째 체의 평균 조리개 크기는 75μm ± 4.1μm입니다. - 계량지에 샘플(Indigo Naturalis 분말) 0.2g을 정확하게 칭량하여 따로 보관합니다.
2. 시료 첨가
- 철제 지지대를 만들고 그 위에 직경 5cm의 깔때기가 있는 철제 링을 놓습니다.
- 피펫을 사용하여 샘플 유리병에 순수한 물 20mL를 추가합니다(바닥 지름 2.6cm, 높이 6cm). 깔때기의 아래쪽 가장자리가 병의 입구와 같은 높이가 되도록 샘플 유리병을 깔때기 바로 아래에 놓습니다.
알림: s의 외부를 청소하십시오.amp깨끗한 비마모성 종이 타월로 유리 바이알을 사용하고 유리 표면에 눈에 띄는 자국이 있는지 검사합니다. 있는 경우 유리병을 교체하십시오. 액체를 추가할 때 흘리지 않도록 주의하십시오. - 깔때기의 아래쪽 가장자리에서 80cm 높이로 샘플을 풀어 깔때기를 따라 샘플 병으로 자유롭게 미끄러질 수 있도록 합니다.
3. 기기 작동
- Turbiscan Lab 기기를 켜고 30분 동안 예열합니다.
- 파일을 만듭니다. 상단 메뉴의 파일 생성 버튼(또는 파일 메뉴의 새 파일 기능)을 클릭하여 비어 있는 새 측정 파일을 만듭니다. 이름과 저장 위치를 정의합니다 (기본적으로 데이터 폴더는 "C:/users/admin/Formulaction/FAnalyser/Data" 에 있습니다).
- 상단 메뉴에서 Turbiscan 실험실 온도 표시 버튼을 클릭하여 기기 목표 온도를 25°C로 설정합니다.
알림: 기기 온도는 실내 온도의 영향을 받으므로 주변 온도를 조정하도록 주의하십시오. - 상단 메뉴에서 프로그램 스캔을 클릭하여 설정 분석 프로그램 으로 들어갑니다. 프로그램을 목록에 추가하고 작업 표시줄에서 주기로 30초를 추가하고 분석 시퀀스에 21개의 스캔 을 추가합니다. 모든 후속 측정에 대해 이 분석 프로그램을 선택하십시오.
- 준비된 샘플 바이알을 측정 시스템으로 옮깁니다. 프로그램을 설정한 후 시작 을 클릭하여 측정을 시작합니다.
알림: 이동할 때 유리병을 흔들지 않도록 주의하고 약간만 움직이십시오. - 데이터 수집 후 계산된 매개변수 목록을 클릭하면 TSI가 자동으로 계산됩니다.
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Representative Results
그림 2A-D는 각각 Indigo Naturalis의 S1, S2, S3 및 S4에 해당합니다. A는 고품질 Indigo Naturalis로 0-10분 이내에 모든 높이에서 동일한 광 투과율을 보여 매우 안정적입니다. B는 일반적인 Indigo Naturalis이며 빛 투과율은 시간의 변화에 따라 약간 변동하며 일반적으로 안정적입니다. C와 D는 가짜이고 열등한 제품입니다. 가짜 Indigo Naturalis의 투과 스펙트로그램에는 두 가지 조건이 있을 수 있는데, 즉, C의 투과광이 첫 번째 측정 순간에 급격히 감소하고, 샘플 병 하단의 투과광이 상단의 투과광보다 현저히 낮았으며, 이는 증착이 처음으로 샘플 병에서 발생했음을 나타냅니다. 그리고 증착은 매우 빨랐습니다. 그러나 D의 투과광은 영점에서 안정적이며 시간이 지남에 따라 천천히 감소합니다. C와 비교하여 샘플 병에 침전이 느리다는 것을 나타냅니다.
그림 3A-D는 각각 Indigo Naturalis의 S1, S2, S3 및 S4에 해당합니다. 후방 산란광의 스펙트럼 데이터로부터 샘플 데이터가 투과광과 일치한다는 것을 대략적으로 추론할 수 있습니다. 변동이 없거나 작은(각각 그림 3A 및 그림 3B)은 샘플이 안정적임을 나타냅니다. 도 3C, D는 시료의 침전으로 인해 탁할 수 있으며, 변동이 증가하여 시료의 불안정성을 초래한다.
4개의 Indigo Naturalis의 투과 스펙트로그램(그림 2) 및 후방 산란 스펙트로그램(그림 3)을 다중 광 산란 장비로 캡처한 비디오(그림 4) 및 Supplemental Video S1, Supplemental Video S2, Supplemental Video S3 및 Supplemental Video S4의 시작 및 끝 스냅샷과 비교하면 Indigo Naturalis의 진위 여부를 빠르고 대략적으로 식별할 수 있습니다.
측정 시간이 연장됨에 따라 고품질 Indigo Naturalis의 투과 스펙트로그램 및 후방 산란 스펙트로그램은 거의 또는 전혀 변동하지 않아야 하며, 유사 또는 열등한 Indigo Naturalis의 투과 스펙트로그램 및 후방 산란 스펙트로그램은 점진적으로 또는 급격히 감소할 수 있습니다. 보충 동영상 S1, 보충 동영상 S2, 보충 동영상 S3 및 보충 동영상 S4도 이 결과를 명확하게 반영했습니다. TSI 값은 측정 시간 동안 이전 측정과 비교하여 투과광 또는 후방 산란광의 강도 변화의 축적을 반영하며 전체 스캔 기간 동안 샘플의 부피 농도 및 입자 크기의 포괄적인 변화이기도 합니다. 4가지 유형의 Indigo Naturalis의 품질은 10분에 TSI를 대조하여 정확하게 구별할 수 있습니다(그림 5 및 표 1). TSI 값이 높을수록 시스템이 더 불안정해지고 샘플의 변화 범위가10이 됩니다. 스캔 기간 동안 TSI 값이 <10이면 샘플이 안정적인 것으로 간주됩니다. 따라서 현재 프로토콜은 다중 광산란 장비에서 TSI를 기반으로 하는 양질의 Indigo Naturalis를 빠르게 식별하는 방법을 보여줍니다.
그림 1: 다중 광 산란에 의한 Indigo Naturalis의 품질 평가 원리. 인디고와 인디루빈은 인디고 내추럴리스의 강한 소수성의 주요 원인입니다. 인디고와 인디루빈의 함량은 입자의 침전 속도를 결정합니다. 이러한 특성으로 인해 다중 광 산란 장비는 Indigo Naturalis의 다양한 품질을 구별할 수 있습니다. 다중 광산란 장비에는 다중 광산란 기술이 적용되어 있으며, 측정 프로브는 펄스 근적외선 광원(λ = 880nm)과 두 개의 동기 검출기로 구성됩니다. 그 중 하나는 샘플 병을 통과하는 빛(입사광으로 0°)을 수신하고 투명한 샘플을 결정하는 데 사용되는 투과광 감지기입니다. 다른 하나는 후방 산란광 검출기로, 샘플의 후방 산란광(입사광에서 45°)을 수신하고 고농도 샘플을 결정하는 데 사용됩니다. 측정 프로브는 40μm마다 한 번씩 전체 시료 셀을 아래에서 위로 스캔하고 투과광(T) 및 후방 산란광(BS) 데이터를 수집합니다. 측정 시간과 스캔 시간을 설정하여 샘플을 반복적으로 스캔하고 전류-전압 변환기에 의해 신호 및 데이터 수집을 처리하여 샘플의 안정성 특성을 나타내는 아틀라스를 얻습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 다중 광산란 장비에서 4개의 Indigo Naturalis의 투과 스펙트로그램. A-D는 각각 Indigo Naturalis의 S1, S2, S3 및 S4에 해당합니다. (A) 0-10분 이내에 모든 높이에서 동일한 광 투과율을 나타내는 고품질의 안정적인 Indigo Naturalis. (B) 일반적인 Indigo Naturalis와 그 광 투과율은 시간의 변화에 따라 약간 변동하며 일반적으로 안정적입니다. (씨, 디) 가짜 및 열등한 제품. (C) 시료병 하단의 투과광은 상단의 투과광보다 현저히 낮았으며, 이는 시료병 내에서 초기 단계에서 증착이 발생하고 증착이 매우 빠르다는 것을 나타냅니다. (D) 그러나 투과광은 제로 타임에서 안정적이며 시간이 지남에 따라 서서히 감소합니다. C와 비교하여 샘플 병에 침전이 느리다는 것을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 다중 광산란 장비에서 4개의 Indigo Naturalis에 대한 후방 산란 스펙트로그램. A-D는 각각 Indigo Naturalis의 S1, S2, S3 및 S4에 해당합니다. 후방 산란광의 스펙트럼 데이터로부터 샘플 데이터가 투과광과 일치한다는 것을 대략적으로 추론할 수 있습니다. (A) 변동이 없어 샘플이 매우 안정적임을 나타냅니다. (B) 변동이 작아 샘플이 비교적 안정적임을 나타냅니다. (씨, 디) 탁도는 시료의 침전으로 인한 것이며 변동이 증가하여 시료의 불안정성을 초래합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 다중 광산란 장비에서 4개의 Indigo Naturalis의 침전 과정을 담은 비디오의 시작 및 끝 스냅샷. A-D는 각각 Indigo Naturalis의 S1, S2, S3 및 S4에 해당합니다. 결과에서 0분과 10분의 스캔 사진을 비교하면 전체 과정에서 A(보충 비디오 S1)와 B(보충 비디오 S2)가 매우 선명하다는 것을 알 수 있습니다. C(Supplemental Video S3)는 처음에는 부분적으로 혼탁하다가 마지막에는 완전히 혼탁합니다. D(보충 동영상 S4)는 정화에서 탁도로 서서히 변화합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 0분에서 10분까지 4개의 Indigo Naturalis의 TSI. 그래프는 스캔 시간에 따른 TSI의 곡선을 보여줍니다. TSI 곡선의 변동에 따라 S4가 가장 높은 기울기를 가지며 TSI 값이 특히 크게 변합니다. 다음으로, S3의 기울기도 상대적으로 크고, TSI 값은 천천히 증가하고 있습니다. 그러나 S1과 S2의 기울기는 0에 가깝고 TSI 값은 덜 변합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 아니요. | 인디고 콘텐츠 | 인디루빈 함량 | 10분의 TSI |
| 시즌 1 | 9.00% ± 0.38% | 0.60% ± 0.00% | 0.61 ± 0.06 |
| 시즌 2 | 2.07% ± 0.01% | 0.20% ± 0.00% | 2.74 ± 0.14 |
| 시즌 3 | 1.40% ± 0.02% | 0.00% ± 0.00% | 28.46 ± 3.51 |
| 시즌 4 | 0.00% ± 0.00% | 0.00% ± 0.00% | 68.75 ± 1.28 |
표 1: 10분에 4개의 Indigo Naturalis의 TSI(n=3). Indigo Naturalis의 강한 소수성에 따르면 Indigo Naturalis의 인디고와 인디루빈 함량이 품질을 결정한다고 추론할 수 있습니다. 인디고와 인디루빈의 함량이 높으면 샘플이 수면에 거의 완전히 떠서 TSI 값이 작아집니다. 10분에 각 배치의 TSI 시퀀스는 S4 > S3 > S2 > S1입니다. S1 및 S2의 경우 TSI 값이 매우 작으며, 이는 샘플이 비교적 안정적이고 품질이 우수하다는 것을 반영합니다. S3 및 S4의 경우 TSI 값이 매우 커서 샘플의 불안정성을 반영하고 품질이 떨어집니다.
보충 동영상 S1: 다중 광산란 장비에서 양질의 Indigo Naturalis가 침전되는 과정을 보여주는 애니메이션 동영상입니다. 전체 애니메이션 영상에서 S1이 거의 변하지 않은 것을 볼 수 있어 비교적 안정적임을 알 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 동영상 S2: 다중 광산란 장비에서 일반적인 Indigo Naturalis의 침전 과정을 보여주는 애니메이션 동영상입니다. 전체 애니메이션 영상에서 S2가 거의 변하지 않은 것을 볼 수 있어 비교적 안정적임을 알 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 비디오 S3: 다중 광 산란 장비에서 가짜 Indigo Naturalis의 침전 과정을 보여주는 애니메이션 비디오. 전체 애니메이션 비디오에서 S3는 스캔 3 분에 탁하여 불안정함을 나타내는 것을 볼 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 비디오 S4: 다중 광산란 장비에서 가짜 Indigo Naturalis의 침전 과정을 보여주는 애니메이션 비디오. 전체 애니메이션 비디오에서 S4는 스캔 3 분에 탁하여 불안정함을 나타내는 것을 볼 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
중국 전통 의학에 따르면 인디고 내추럴리스는 열과 해독 작용을 제거하고, 혈액을 식히고, 기미를 제거하고, 불을 제거하고, 경련을 멈추는 힘이 있습니다. 무작위 이중맹검 대조 임상시험11,12,13에 따르면, 인디고 내추럴리스는 기침과 가래, 출혈성 증상, 궤양 및 부종, 간 열 및 간질에 대한 전통적인 치료 외에도 건선, 궤양성 대장염 및 급성 전골수성 백혈병 치료에 효과적입니다. Indigo Naturalis는 다양하기 때문에 품질 차이가 크고 함량 검출 과정이 복잡합니다. 한편, Indigo Naturalis의 공급원은 Strobilanthes cusia (Nees) Kuntze, Persicaria tinctoria (Aiton) Spach 및 Isatis tinctoria L.을 포함하며, 지리적 환경과 다양한 수확 시기는 고유한 품질 차이로 이어집니다14. 한편, Indigo Naturalis의 준비 과정에는 담그는 발효, 석회 치는 인디고, 물파리 정제 등과 같은 단계가 필요합니다. 그러나 이 과정은 Indigo Naturalis의 다른 품질을 생산할 가능성이 높으며 Indigo Naturalis의 함량은 배치마다 다릅니다. 현재 여러 연구에서 Indigo Naturalis의 지수 성분 함량의 적격 비율이 낮다는 것을 보여주었습니다. 가짜 및 품질이 떨어지는 제품은 심각한 품질 문제를 일으켜 Indigo Naturalis를 임상적으로 사용하기가 매우 어렵습니다15,16,17. 따라서 Indigo Naturalis는 표준화된 품질 관리 방법을 개발하는 것이 시급하고 필수적입니다.
설명된 공정의 핵심 단계는 시료가 들어 있는 유리병을 병이 흔들리지 않도록 가능한 한 빨리 시료 탱크 내부로 이동해야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 일관성 없는 처리로 인해 잘못된 결과가 발생할 수 있습니다. 둘째, 주변 온도는 기기의 설정 온도에 영향을 미칩니다. 실내 온도가 30°C를 초과하고 기기 온도가 실내 온도보다 낮으면 기기 온도가 상승합니다. 실내 온도는 기기 온도 이하로 제어해야 합니다.
다중 광산란은 기존 방법에 비해 고유한 장점이 있지만 한계도 있습니다. 첫째, 다중 광산란은 샘플의 정확한 함량을 확실히 산출할 수 없으며 진위와 대략적으로 주어진 범위만 식별할 수 있습니다. 둘째, 한약재에 대한 추가 확인이 없으면 현재 Indigo Naturalis의 품질 신속 평가에만 관련이 있습니다. 셋째, 현대의 품질 평가 연구의 기준은 여러 광산란 방법론과 여러 광산란 장비에 의존하여 충족되지 못하고 있습니다.
기존의 물 시험법과 비교하여 다중광 산란 방법의 의의는 다음과 같은 점에 있습니다. 첫째, 감도와 신뢰성이 높습니다. 감도와 해상도는 육안 관찰보다 훨씬 높습니다. 다중 광 산란 장치는 시간이 지남에 따라 용액이 어떻게 변하는지 캡처하고 전체 공정에 대한 애니메이션 비디오를 만들 수 있습니다. 둘째, 정성적 및 정량적으로 분석할 수 있습니다. 비접촉식 측정을 통해 기기는 광학 특성(투과광, 후방 산란광, TSI 및 입자 크기)을 사용하여 샘플의 안정성을 자동으로 결정할 수 있습니다.
앞으로 우리는 이 방법이 결국 한의학 품질 관리 분야, 특히 진위 평가에 도움이 될 것이라고 믿습니다. 이 연구는 Indigo Naturalis를 예로 들어 한약 품질을 신속하게 평가할 때 다중 광 산란 접근법의 타당성과 정확성을 뒷받침했습니다. 결과적으로 장비 및 응용 기술이 지속적으로 발전함에 따라 여러 광 산란 기술이 다른 검출 기술과 결합되어 서로를 보완할 것이며, 이는 향후 한약의 품질 관리에 더 큰 영향을 미칠 것입니다.
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Disclosures
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
Acknowledgments
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (No. 82173976), 국가 핵심 연구 개발 프로그램 (No. 2018YFC1707205) 및 Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine 혁신 약물 및 고 에너지 절약 제약 장비의 국가 핵심 연구소 (No. GZSYS202003).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Analytical balance (1/10,000) | Sartorious, Germany | BSA224S | www.sartorius.com.cn |
| Funnel | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | Diameter 5 cm | www.cdkelongchem.com |
| Indigo Naturalis S1 | Xianyou, Fujian | 20210501 | |
| Indigo Naturalis S2 | Yaan, Sichuan | 20201102 | |
| Indigo Naturalis S3 | Xianyou, Fujian | 20161012 | |
| Indigo Naturalis S4 | Xianyou, Fujian | 20180305 | |
| Iron ring | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | / | www.cdkelongchem.com |
| Iron stand | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | / | www.cdkelongchem.com |
| Mili-Q ultra-pure water meter | Milipore, USA | Mili-Q | www.merckmillipore.com |
| Ninth sieve | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | Average aperture size 75 µm | www.cdkelongchem.com |
| Sample bottle | French Formulaction Company | Bottom diameter 2.6 cm, height 6 cm | www.formulaction.com |
| Seventh sieve | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | Average aperture size 125 µm | www.cdkelongchem.com |
| Turbisoft Lab multiple light scattering instrument | French Formulaction Company | Turbisoft Lab 2.3.1.125 Fanalyser 1.3.5 | www.formulaction.com |
| Weighing paper | Chengdu Kelong Chemical Co. LTD | / | www.cdkelongchem.com |
References
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