Name: hplc separation in soft drink analysis
Uploaded: 2023-04-30T06:42:26.000Z
Duration: 12 min 58 s
Channel: JoVE

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

high-performance-liquid-chromatography-hplc

High-Performance Liquid Chromatography (HPLC)

1. Переход на мобильную фазу
<ol>
	<li>Приготовьте подвижную фазу, добавив 400 мл ацетонитрила примерно к 1,5 л очищенной деионизированной воды.</li>
	<li>Осторожно добавьте в этот раствор 2,4 мл ледяной уксусной кислоты.</li>
	<li>Раствор развести до общего объема 2,0 л в мерной колбе с очищенной деионизированной водой. Полученный раствор должен иметь pH от 2,8 до 3,2.</li>
	<li>Отрегулируйте pH до 4,2, добавив 40% гидроксида натрия по каплям с помощью откалиброванного цифрового pH-метра. Добавляйте очень медленно, как только pH достигнет 4,0. Для этого потребуется около 50 капель.</li>
	<li>Отфильтруйте подвижную фазу через мембранный фильтр Nylon 66 толщиной 0,47 мкм под вакуумом, чтобы дегазировать раствор и удалить твердые частицы, которые могут засорить хроматографическую колонку. Важно дегазировать подвижную фазу, чтобы избежать образования пузырьков, которые могут либо вызвать пустоту в неподвижной фазе на входе в колонку, либо проникнуть в ячейку детектора, вызывая нестабильность поглощения ультрафиолетового излучения.</li>
</ol>
2. Создание компонентных решений
Три компонента, которые необходимо производить: это кофеин (0,8 мг/мл), бензоат калия (1,4 мг/мл) и аспартам (L-аспартил-L-фенилаланин метиловый эфир) (6,0 мг/мл). Эти концентрации, будучи разбавленными таким же образом, устанавливают стандарты на уровнях, обнаруженных в образцах газировки.
<ol>
	<li>Добавьте 0,40 г кофеина в мерную колбу объемом 500 мл, затем разбавьте до отметки 500 мл деионизированной водой.</li>
	<li>Добавьте 0,70 г бензоата в мерную колбу объемом 500 мл, затем разбавьте до отметки 500 мл деионизированной водой.</li>
	<li>Добавьте 0,60 г аспартама в мерную колбу объемом 100 мл, затем разбавьте до отметки 100 мл деионизированной водой. Поместите этот раствор в холодильник, чтобы избежать разложения при хранении.</li>
</ol>
3. Создание 7 стандартных решений
Все три компонента имеют разные коэффициенты распределения, что влияет на то, как каждый из них взаимодействует с обеими фазами. Чем больше коэффициент распределения, тем больше времени компонент проводит в неподвижной фазе, что приводит к более длительному времени удержания при достижении детектора.
<ol>
	<li>Следуя таблице в таблице 1, нанесите нужное количество каждого компонента в мерную колбу объемом 50 мл.</li>
	<li>Развести каждый из стоковых растворов до отметки 50 мл на мерных колбах с подвижной фазой.</li>
	<li>Разлейте каждый стандартный раствор по промаркированным маленьким флаконам в штативе для образцов.</li>
	<li>Храните штативы с образцами в холодильнике вместе с оставшимися растворами в мерных колбах объемом 50 мл.</li>
</ol>
4. Проверка начальных настроек системы ВЭЖХ
<ol>
	<li>Убедитесь, что мусоропровод находится в контейнере для отходов и не перерабатывается обратно в мобильную фазу.</li>
	<li>Убедитесь, что скорость потока подвижной фазы установлена на уровне 0,5 мл/мин. Это достаточно высоко, чтобы все пики размылись в течение 5 минут, и достаточно медленно, чтобы обеспечить хорошее разрешение.</li>
	<li>Убедитесь, что минимальное и максимальное давление и расход установлены на правильные значения на передней панели системы подачи растворителя (насоса).
	<ol>
		<li>Минимальная настройка давления: 250 фунтов на квадратный дюйм (это для отключения насоса в случае утечки).</li>
		<li>Настройка максимального давления: 4 000 фунтов на квадратный дюйм (это необходимо для защиты насоса от поломки в случае образования засорения).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Нажмите «ноль» на передней панели датчика, чтобы установить заготовку (заготовка — это чисто мобильная фаза).</li>
	<li>Промойте шприц объемом 100 мкл деионизированной водой, затем несколькими объемами одного из анализируемых рабочих стандартов и наполните шприц этим раствором. Начните с 3 однокомпонентных образцов, которые позволяют определить пик каждого интересующего компонента.</li>
</ol>
5. Ручное внедрение образца и сбор данных
<ol>
	<li>С ручкой инжектора в положении нагрузки медленно введите 100 мкл раствора через порт перегородки.</li>
	<li>Убедитесь, что программа сбора данных настроена на сбор данных в течение 300 с, что дает достаточно времени для того, чтобы все 3 пика прошли через детектор.</li>
	<li>Когда вы будете готовы начать испытание, поверните ручку инжектора в положение инъекции (что переводит образец в мобильную фазу) и немедленно нажмите «Начать испытание» в программе сбора данных компьютера. Для стандартов 1-3 во время прогона на экране появляется только один из трех последовательных пиков (рис. 1).</li>
	<li>По прошествии 300 секунд система сбора данных отправляет запрос на сохранение файла данных. Сохраните данные под подходящим именем файла (например, STD#1).</li>
	<li>Обратите внимание на время в секундах для пика каждого испытания, которое используется для идентификации этого компонента.</li>
	<li>Извлеките шприц из перегородки и повторите процесс для каждого из оставшихся рабочих стандартов, используя то же время на хроматограмму, которое было определено при первом запуске.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10156/10156fig1.jpg"> 
Рисунок 1. Хроматограмма 3 компонентов. Слева направо это кофеин, аспартам и бензоат.
6. Образцы диетических газированных напитков
Diet Coke, Diet Pepsi и Coke Zero - это "неизвестные." Они были оставлены в открытых контейнерах на ночь, чтобы избавиться от карбонизации, так как пузырьки не полезны для системы ВЭЖХ. Это в достаточной степени избавляет от любых газов в образцах.
<ol>
	<li>Наберите около 2 мл диетической соды в пластиковый шприц.</li>
	<li>Прикрепите наконечник фильтра к шприцу с помощью люэр-лока, повернув его на место.</li>
	<li>Протолкните жидкость в шприце через фильтр в небольшой стеклянный флакон. Это избавляет от нежелательных частиц, которые потенциально могут засорить разделительную колонну.</li>
	<li>Разбавьте каждый образец равным количеством воды DI, чтобы они были с чистотой 50%.</li>
	<li>Введите 100 мкл образца в контур отбора проб и проведите испытания с теми же параметрами, что и для стандартов.</li>
</ol>
7. Вычисления
<ol>
	<li>Исходя из концентраций составляющих растворов, рассчитайте концентрацию всех компонентов в стандартах, основываясь на разведениях, которые были сделаны для 7 образцов.</li>
	<li>Определите пиковые площади на хроматограммах для каждого стандартного и неизвестного образца треугольным методом, который равен высоте пика, умноженной на ширину на высоте 1/2 (рис. 2). После определения того, какой пик соответствует каждому компоненту на основе времени, необходимого для того, чтобы каждый компонент показал свой соответствующий пик, введите эти пиковые области в компьютерную таблицу.</li>
	<li>Создание калибровочных кривых зависимости площади пика от концентрации (мг/л) в стандартах для всех трех компонентов.</li>
	<li>Определите аппроксимацию по методу наименьших квадратов для каждой калибровочной кривой.</li>
	<li>Рассчитайте концентрацию каждого компонента в диетических газированных напитках на основе пиковых областей, показанных в испытаниях ВЭЖХ для образцов. Помните, что диетическая газировка была разбавлена в 2 раза перед введением в систему ВЭЖХ.</li>
	<li>Рассчитайте количество в мг/л каждого компонента диетических газированных напитков.</li>
	<li>Основываясь на полученных результатах, рассчитайте миллиграммы каждого компонента, содержащегося в банке газировки объемом 12 унций. Предположим, что 12 унций = 354,9 мл.</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10156/10156fig2.jpg"> 
Рисунок 2. Простой пример высоты и ширины пика кривой, которые необходимо умножить (высота пика умножается на ширину на 1/2 высоты).

ВЭЖХ является широко используемым методом разделения и обнаружения во многих областях применения. Он идеально подходит для нелетучих соединений, так как газовая хроматография (ГХ) требует, чтобы образцы находились в газовой фазе. К нелетучим соединениям относятся сахара, витамины, лекарства и метаболиты. Кроме того, он является неразрушающим, что позволяет собрать каждый компонент для дальнейшего анализа (например, масс-спектрометрии). Подвижные фазы практически не ограничены, что позволяет изменять полярность pH для достижения лучшего разрешения. Использование градиентных подвижных фаз позволяет добиться этих изменений во время реальных испытаний.
Существует обеспокоенность по поводу возможных проблем со здоровьем, которые могут быть связаны с искусственным подсластителем аспартамом. В текущей маркировке продукта не указано количество этих компонентов в составе диетических напитков. Этот метод позволяет количественно определить эти количества, наряду с кофеином и бензоатом.
Другие области применения включают определение количества пестицидов в воде; определение количества ацетаминофена или ибупрофена в обезболивающих таблетках; определение того, присутствуют ли в кровотоке спортсменов препараты, повышающие работоспособность; или просто определение наличия наркотиков в криминалистической лаборатории. Несмотря на то, что концентрации этих образцов и часто идентичность компонентов могут быть легко определены, единственным ограничением является то, что несколько образцов могут иметь почти идентичное время удержания, что приводит к совместному элюированию.

Во время эксперимента с ВЭЖХ насос высокого давления забирает подвижную фазу из резервуара через инжектор. Затем он проходит через колонну с обратной фазой C18 для разделения компонентов. Наконец, подвижная фаза перемещается в детекторную ячейку, где поглощающая способность измеряется на длине волны 220 нм, и заканчивается в бутылке для отходов. Время, необходимое компоненту для прохождения пути от порта инжектора к детектору, называется временем удержания.
В этом эксперименте используется жидкостный хроматограф, в котором разделение выполняется на колонке обратной фазы. Размеры колонны составляют 3 мм (внутренний диаметр) x 100 мм, а набивка из диоксида кремния (размер частиц 3 мкм) функционализирована октадецилсиланом C18 (ODS). 6-линейный роторный инжекционный клапан Rheodyne используется для первоначального хранения образца в небольшом контуре и вводит образец в подвижную фазу при вращении клапана.
Обнаружение осуществляется методом абсорбционной спектроскопии на длине волны 220 нм. Этот эксперимент можно проводить при длине волны 254 нм, если детектор не является переменным. Данные с детектора имеют аналоговое напряжение на выходе, которое измеряется с помощью цифрового мультиметра (DMM) и считывается компьютером, загруженным программой сбора данных. Полученная хроматограмма имеет пик для каждого компонента в образце. Для этого эксперимента все три компонента разбавляются в течение 5 минут.
В этом эксперименте используется одна подвижная фаза и насос, которые называются изократической подвижной фазой. Для образцов, которые трудно разделить, можно использовать градиентную подвижную фазу. Это когда начальная подвижная фаза является преимущественно водной, и со временем к общей подвижной фазе постепенно добавляется вторая органическая подвижная фаза. Этот метод повышает полярность этой фазы с течением времени, что снижает время удержания компонентов и работает аналогично градиенту температуры на газовом хроматографе. Бывают случаи, когда колонка нагревается (обычно до 40 °C), что устраняет любые ошибки времени удержания, связанные с изменением температуры окружающей среды.
В ВЭЖХ с обратной фазой неподвижная фазовая упаковка колонны обычно представляет собой упаковку C4, C8 или C18. Колонки C4 предназначены в основном для белков с большой молекулярной массой, тогда как колонки C18 предназначены для пептидов и основных образцов с более низкой молекулярной массой.
Обнаружение с помощью абсорбционной спектроскопии в подавляющем большинстве случаев является предпочтительным методом обнаружения, так как все спектры поглощения компонентов легко доступны. В некоторых системах в качестве метода обнаружения используются электрохимические измерения, такие как электропроводность или амперометрия.
Для этого эксперимента подвижная фаза состоит в основном из 20% ацетонитрила и на 80% из очищенной деионизированной (DI) воды. Небольшое количество уксусной кислоты добавляется для снижения рН подвижной фазы, что сохраняет силанол в неподвижной фазе упаковки в недиссоциированном состоянии. Это снижает пик адсорбции от хвостов, что приводит к более узким пикам. Затем pH корректируется с помощью 40% гидроксида натрия, чтобы повысить pH и уменьшить время удержания компонентов.
Каждая группа использует набор из 7 флаконов, содержащих различные концентрации стандартных растворов (Таблица 1). Первые 3 используются для идентификации каждого пика, а последние 4 — для создания калибровочной таблицы для каждого компонента. Стандарты 1–3 также используются для калибровочной карты.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="всегда">
	<tbody>
		<tr>
			<td>число</td>
			<td>Кофеин (мл)</td>
			<td>Бензоат (мл)</td>
			<td>Аспартам (мл)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1</td>
			<td>4</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2</td>
			<td>0</td>
			<td>4</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>1</td>
			<td>1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5</td>
			<td>2</td>
			<td>2</td>
			<td>2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6</td>
			<td>3</td>
			<td>3</td>
			<td>3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>7</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
			<td>5</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Таблица 1. Объемы стандартных материалов, использованных для подготовки 7 предоставленных рабочих стандартов (общий объем каждого эталона составляет 50 мл).

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Источник: Д-р Пол Бауэр - Университет Пердью
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является важным аналитическим методом, обычно используемым для разделения и количественного определения компонентов жидких образцов. В этом методе раствор (первая фаза) прокачивается через колонну, содержащую упаковку мелких пористых частиц со второй фазой, связанной с поверхностью. Различная растворимость компонентов образца в двух фазах приводит к тому, что компоненты перемещаются по колонне с разными средними скоростями, тем самым создавая разделение этих компонентов. Перекачиваемый раствор называется подвижной фазой, в то время как фаза в колонне называется стационарной фазой. 
Существует несколько режимов жидкостной хроматографии, в зависимости от типа используемой стационарной и/или подвижной фазы. В этом эксперименте используется обращенно-фазовая хроматография, где стационарная фаза неполярна, а подвижная фаза полярна. Стационарная фаза представляет собой углеводородные группы C18, связанные с частицами кремнезема размером 3 мкм, в то время как подвижная фаза представляет собой водный буфер с полярным органическим модификатором (ацетонитрилом), добавленным для изменения его элюирующей прочности. В этой форме диоксид кремния можно использовать для образцов, которые растворяются в воде, обеспечивая широкий спектр применения. В этом эксперименте были разделены смеси трех компонентов, часто встречающихся в диетических безалкогольных напитках (а именно кофеина, бензоата и аспартама). Используют семь приготовленных растворов, содержащих известные количества трех веществ, и затем записывают их хроматограммы.

Хроматограммы ВЭЖХ способны количественно определить каждый из 3 компонентов для всех образцов на основе калибровочных кривых стандартов (Рисунок 3). 
Из этой серии экспериментов было установлено, что банка этих диетических газированных напитков объемом 12 унций содержит следующие количества каждого компонента: 
Диетическая кола: 50,5 мг кофеина; 217,6 мг аспартама; 83,6 мг бензоата. 
Coca-Cola Zero: 43,1 мг кофеина; 124,9 мг аспартама; 85,3 мг бензоата. 
Диета Pepsi: 34,1 мг кофеина; 184,7 мг аспартама; 79,5 мг бензоата. 
Неудивительно, что во всех 3 было примерно одинаковое количество бензоата, так как это всего лишь консервант. В продуктах Coca-Cola было немного больше кофеина, а в Coca-Cola Zero было гораздо меньше аспартама, чем в двух других газированных напитках, так как он также содержит лимонную кислоту для ароматизации. 
Следующие цифры являются фактическим количеством кофеина и аспартама в банке объемом 12 унций из 3 диетических газированных напитков (содержание кофеина было получено с веб-сайтов Coca-Cola и Pepsi. Содержание аспартама было получено как из LiveStrong.com, так и из DiabetesSelfManagement.com.):
Диетическая кола: 46 мг кофеина; 187,5 мг аспартама 
Coca-Cola Zero: 34 мг кофеина; 87,0 мг аспартама 
Диета Pepsi: 35 мг кофеина; 177,0 мг аспартама
Примеры расчетов (Таблица 2):
Концентрация кофеина в STD#1: Компонентный раствор кофеина содержал 0,400 г кофеина, разведенного до 500 мл = 0,500 л → 0,800 г/л = 0,800 мг/мл. 
STD#1 содержал 1 мл этого раствора, разбавленного до 50,0 мл 
0,800 мг/мл * (1,0 мл / 50,0 мл) = 0,016 мг/мл = 16,0 мг/л. 
STD#2 содержал 2 мл этого раствора, разбавленного до 50,0 мл 
0,800 мг/мл * (2,0 мл / 50,0 мл) = 0,032 мг/мл = 32,0 мг/л. 
Результаты трех калибровочных графиков (Рисунок 4) дали следующие уравнения:
Площадь пика кофеина = 0,1583*[Кофеин мг/л] - 0,574 
Площадь пика аспартама = 0,02696*[Аспартам мг/л] - 0,405 
Площадь бензоатного пика = 0,1363*[Бензоат мг/л] - 1,192
Диетическая кола: Площадь пика кофеина = 10,68 = 0,1583*[Кофеин мг/л] - 0,574
[Кофеин мг/л] = (10,68 + 0,574)/ (0,1583) = 71,1 мг/л в вводимом образце. 
Поскольку образец был разбавлен в 2 раза, диетическая кола содержала 141,2 мг/л кофеина. 
Количество на банку на 12 унций = (141,2 мг/л) (0,3549 мл/банка на 12 унций) = 50,5 мг кофеина/банку. 
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10156/10156fig3.jpg"> 
Рисунок 3. Хроматограммы ВЭЖХ 5 стандартов и 3 образца. 
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10156/10156fig4.jpg"> 
Рисунок 4. Калибровочные кривые для каждого из 3 компонентов. 
<img alt="Table 2" src="/files/ftp_upload/10156/10156table2.jpg"> 
Таблица 2. Таблицы данных для испытаний ВЭЖХ, использованные для построения калибровочных кривых.

Source: Dr. Paul Bower - Purdue University
High-performance liquid chromatography (HPLC) is an important analytical method commonly used to separate and ...

Education

JoVE Science Education

Chemistry

Химия

Analytical Chemistry

Аналитическая химия

hplc separation in soft drink analysis

High-performance liquid chromatography (HPLC) is used to separate and measure components in liquid samples. It works by pumping a solution through a column packed with small porous particles. A second phase is bound to the particle surface inside the column. Because sample components dissolve differently in these two phases, they move through the column at different average speeds and separate from one another.

In this method, the pumped solution is the mobile phase, and the material inside the column is the stationary phase. Several liquid chromatography modes exist, depending on the stationary phase and the mobile phase used. This experiment uses reversed-phase chromatography. In reversed-phase chromatography, the stationary phase is non-polar and the mobile phase is polar.

The stationary phase in this setup is made of C18 hydrocarbon groups bonded to 3-μm silica particles. The mobile phase is an aqueous buffer with acetonitrile, a polar organic modifier, added to change its eluting strength. This setup works well for water-soluble samples and supports a wide range of applications.

The experiment separates three common components found in diet soft drinks: caffeine, benzoate, and aspartame. Seven prepared solutions with known amounts of these species are used. Their chromatograms are then recorded for analysis.

HPLC Separation in Soft Drink Analysis

sample preparation for analytical characterization

sample-preparation-for-analytical-characterization

Why Sample Prep Affects Measurement Error

Sample preparation affects how accurate a chemical measurement will be. In analytical chemistry, a sample must be treated carefully before analysis so it can serve as a standard or an unknown sample. Errors in analytical methods are usually grouped as random or systematic. Random errors come from change and are often linked to noise in the instrument. Systematic errors come from investigator bias or instrumental bias, which creates an offset in the measured value. Errors made during sample...

internal standards

Reducing Sample Loss in Chemical Analysis

Accurate chemical analysis depends on careful sample handling and transfer. When a sample is moved or prepared, some of it can be lost. That loss can make it harder to measure the true concentration of an unknown sample. One way to improve accuracy is to reduce the number of handling steps. For example, a solid sample can be weighed directly into the flask where the solution will be made. If a sample must be moved from one flask to another during a dilution, triple rinsing the glassware helps...

method of standard addition

Correcting Matrix Effects with Standard Additions

The method of standard additions is a quantitative analysis method used to correct matrix effects in a sample. Matrix effects happen when other components in the sample reduce or enhance the analyte absorbance signal, which can lead to major errors in the final result. This approach is often used when a sample contains multiple components that may interfere with the measurement. It is also useful for correcting chemical phase separations that occur during extraction. The key idea is that the...

calibration curves

Using Standards to Measure Unknowns

Calibration curves help measure how an instrument responds to an analyte and how to estimate the concentration of an unknown sample. To build one, scientists prepare standard samples at several concentrations that include the expected range of the unknown. They then record the instrument response for each standard. To improve accuracy, the response at each concentration can be measured more than once. Repeated measurements help show the error, often as error bars. The collected data are then...

ultraviolet-visible (uv-vis) spectroscopy

UV-Vis Spectroscopy in Analysis

UV-Vis spectroscopy is a common analysis method used to study how samples absorb ultraviolet and visible light. It works by sending UV-Vis light through a sample and measuring how much light passes through. From that transmittance, or light that gets through, the absorbance can be calculated as A = -log(T). The result is an absorbance spectrum. This graph shows how much a compound absorbs at different wavelengths. The absorbance pattern depends on the chemical structure of the molecule.

raman spectroscopy for chemical analysis

Raman Spectroscopy and Material Fingerprints

Raman spectroscopy identifies molecules and materials by their Raman fingerprint. It measures vibrational and other low-frequency modes in a sample. In chemistry, this makes it useful for identifying molecules. In solid-state physics, it helps characterize materials and examine crystal structure or crystallinity. Raman micro-spectroscopy has several practical advantages for material testing. It is non-destructive, usually needs no sample preparation, and can be used with very small sample...

x-ray fluorescence (xrf)

XRF Imaging for Metal Mapping

X-ray fluorescence (XRF) is a type of induced radiation that gives spectroscopic information. It is used to detect emitted signals from metals after they are excited by X-rays. X-ray fluorescence microscopy is a non-destructive imaging method. It uses the fluorescence emission of metals to identify where they are found in a sample and to measure their spatial distribution.

gas chromatography (gc) with flame-ionization detection

gas-chromatography-gc-with-flame-ionization-detection

GC Separates Small Volatile Molecules

Gas chromatography (GC) separates and detects small, volatile molecules in the gas phase. The sample can start as a gas or as a liquid that is vaporized in the injection port. GC is usually used for compounds under 1,000 Da because larger molecules are harder to vaporize. It is often chosen for non-aqueous samples and for organic compounds in environmental and industrial work. GC is especially useful when the target molecules are small and nonpolar. Liquid chromatography (LC) is more common...

high-performance liquid chromatography (hplc)

High-performance liquid chromatography (HPLC) is used to separate and measure components in liquid samples. It works by pumping a solution through a column packed with small porous particles. A second phase is bound to the particle surface inside the column. Because sample components dissolve differently in these two phases, they move through the column at different average speeds and separate from one another. In this method, the pumped solution is the mobile phase, and the material inside...

ion-exchange chromatography

Ion-Exchange Chromatography for Sample Cleanup

Ion-exchange chromatography is a separation method that cleans up samples by using charge. A column is packed with an ion-exchange resin, which is a charged stationary phase on a solid support. Strong cation-exchange chromatography uses a negatively charged resin to separate cations. Strong anion-exchange chromatography uses a positively charged resin to separate anions. This method is often used to prepare samples before further tests. It can help clean up protein samples or nucleic acid...

capillary electrophoresis (ce)

Capillary Electrophoresis for Fast Separations

Capillary electrophoresis is a separation method that uses an electric field to sort molecules by size and charge. It is carried out in a small glass tube called a capillary. The capillary is filled with an electrolyte solution, which helps the analytes move during the separation. Molecules separate because they have different electrophoretic mobility, or different speeds in the electric field. That mobility depends on charge, solvent viscosity, and size. Because the capillary has a large...

introduction to mass spectrometry

ICP-MS for Detecting Iron Ions

ICP-MS is a mass spectrometry method used to detect elements in a sample, with iron shown here as the example. Mass spectrometry helps identify unknown compounds, measure known materials, and study the structure and chemical properties of molecules. It does this by turning chemical compounds into ions so they can be analyzed. A mass spectrometer has three main parts: an ionization source, an analyzer, and a detector. In inductively coupled plasma, or ICP, samples with elements of interest...

scanning electron microscopy (sem)

SEM Imaging of Conductive Samples

Scanning electron microscopy, or SEM, uses electrons to create detailed images of conductive samples. It is a powerful tool for seeing surface features at magnifications that are much higher than a traditional light microscope can reach. Modern light microscopes can reach about 1,000X, while a typical SEM can reach more than 30,000X. Because SEM does not use light to form an image, the pictures appear in black and white. The sample is placed on the SEM stage and the chamber is brought to a...

electrochemical measurements of supported catalysts using a potentiostat/galvanostat

electrochemical-measurements-supported-catalysts-using

Preparing Catalyst Electrodes for Electrochemical Tests

This page explains how supported catalyst electrodes are prepared for electrochemical testing with a potentiostat/galvanostat. A potentiostat/galvanostat measures current at an applied potential, or potential at an applied current. It is a standard tool for studying anode and cathode materials used in fuel cells, electrolyzers, batteries, and supercapacitors. The setup uses a three-electrode electrochemical cell. The potentiostat leads connect to the reference electrode, counter electrode, and...

cyclic voltammetry (cv)

Cyclic Voltammetry Scan Window Setup

Cyclic voltammetry is an electrochemical method that scans a range of potential voltages while current is measured. It uses a stationary electrode that is immersed in the sample. The potential is swept from a starting value to a switching potential and then swept back again. This forward scan and reverse scan create a cyclic sweep of potentials. The current versus potential plot from the data is called a cyclic voltammogram. The minimum and maximum potentials in the test define the scan window.

analytical chemistry

This collection takes a broad look at quantitative analysis and instrumentation including electrochemistry, spectroscopy, chromatography, and mass spectrometry.

Learn how HPLC separates caffeine, benzoate, and aspartame in diet soft drinks using reversed-phase chromatography, a C18 column, and a polar mobile phase.

HPLC Separation in Soft Drink Analysis | JoVE K12

HS. Chemical Reactions

HS-PS1-11.

Life Science

Natural Selection and Evolution

HS-LS4-1.

Paul Bower

Purdue University

Overview

Principles of HPLC

Preparation of the Mobile Phase

Preparation of Component and Standard Solutions

HPLC Setup

Diet Soda Samples

Results

Applications

Summary

Periodic Classification of the Elements

The periodic table arranges atoms based on increasing atomic number so that elements with the same chemical properties recur periodically. When their ...

atomic-radii-and-effective-nuclear-charge

Atomic Radii and Effective Nuclear Charge

The elements in groups of the periodic table exhibit similar chemical behavior. This similarity occurs because the members of a group have the same number ...

Ionic Radii

Ionic radius is the measure used to describe the size of an ion. A cation always has fewer electrons and the same number of protons as the parent atom; it ...

Ionization Energy

The amount of energy required to remove the most loosely bound electron from a gaseous atom in its ground state is called its first ionization energy ...

Electron Affinity

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).



This process can be either ...

Electron Orbital Model

Orbitals are the areas outside of the atomic nucleus where electrons are most likely to reside. They are characterized by different energy levels, shapes, ...

The Aufbau Principle and Hund's Rule

To determine the electron configuration for any particular atom, we can build the structures in the order of atomic numbers. Beginning with hydrogen, and ...

Coordination Chemistry Complexes

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
Transition metals are found everywhere from vitamin ...

Use the periodic table as a model to predict the relative properties of elements based on the patterns of electrons in the outermost energy level of atoms.

HS-PS1-1.

Types of Chemical Bonds

Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

The Born-Haber Cycle

Lattice Energy&#xA0;

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a ...

trends-in-lattice-energy-ion-size-and-charge

Trends in Lattice Energy: Ion Size and Charge

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a compound is a measure ...

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Electronegativity

Whether a bond is nonpolar or polar covalent is determined by a property of the bonding atoms called electronegativity.&#xA0;

Electronegativity values of ...

bond-polarity-dipole-moment-and-percent-ionic-character

Bond Polarity, Dipole Moment, and Percent Ionic Character

Bond Polarity

The absolute value of the difference in electronegativity (&Delta;EN) of two bonded atoms provides a rough measure of the polarity to be ...

lewis-structures-of-molecular-compounds-and-polyatomic-ions

Lewis Structures of Molecular Compounds and Polyatomic Ions

To draw Lewis structures for complicated molecules and molecular ions, it is helpful to follow a step-by-step procedure as outlined:


	Determine the ...

Resonance

The Lewis structure of a nitrite anion (NO2&minus;) may actually be drawn in two different ways, distinguished by the locations of the N-O and N=O ...

Formal Charges

In some cases, there are seemingly more than one valid Lewis structures for molecules and polyatomic ions. The concept of formal charges can be used to ...

Exceptions to the Octet Rule

Many covalent molecules have central atoms that do not have eight electrons in their Lewis structures. These molecules fall into three categories:


	...

Bonding in Metals

Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Dr&#xFC;de called the ...

VSEPR Theory and the Basic Shapes

Overview of VSEPR Theory

Valence shell electron-pair repulsion theory (VSEPR theory) enables us to predict the molecular structure, including approximate ...

vsepr-theory-and-the-effect-of-lone-pairs

VSEPR Theory and the Effect of Lone Pairs

Effect of Lone Pairs of Electrons&nbsp;on Molecule Geometry

It is important to note that electron-pair geometry around a central atom is not the same ...

Predicting Molecular Geometry

VSEPR Theory for Determination of Electron Pair Geometries

The following procedure uses VSEPR theory to determine the electron pair geometries and the ...

Molecular Shape and Polarity

Dipole Moment of a Molecule

Polar covalent bonds connect two atoms with differing electronegativities, leaving one atom with a partial positive charge ...

Valence Bond Theory

Overview of Valence Bond Theory

Valence bond theory describes a covalent bond as the overlap of half-filled atomic orbitals (each containing a single ...

Hybridization of Atomic Orbitals I

The mathematical expression known as the wave function, &#x3C8;, contains information about each orbital and the wavelike properties of electrons in an ...

Hybridization of Atomic Orbitals II

sp3d and sp3d&nbsp;2 Hybridization

To describe the five bonding orbitals in a trigonal bipyramidal arrangement, we must use five of the valence shell ...

Molecular Orbital Theory I

Overview of Molecular Orbital Theory

Molecular orbital theory describes the distribution of electrons in molecules in the same way as the distribution of ...

Molecular Orbital Theory II

Molecular Orbital Energy Diagrams

The relative energy levels of atomic and molecular orbitals are typically shown in a molecular orbital diagram. For a ...

Molecular Orbital (MO) Theory

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes ...

Intermolecular vs Intramolecular Forces

Intermolecular forces (IMF) are electrostatic attractions arising from charge-charge interactions between molecules. The strength of the intermolecular ...

Intermolecular Forces

Atoms and molecules interact through bonds (or forces): intramolecular and intermolecular. The forces are electrostatic as they arise from interactions ...

Molecular and Ionic 
Solids

Crystalline solids are divided into four types: molecular, ionic, metallic, and covalent network based on the type of constituent units and their ...

comparing-intermolecular-forces-melting-point-boiling-point

Comparing Intermolecular Forces: Melting Point, Boiling Point, and Miscibility

Intermolecular forces are attractive forces that exist between molecules. They dictate several bulk properties, such as melting points, boiling points, ...

Plan and conduct an investigation to gather evidence to compare the structure of substances at the bulk scale to infer the strength of electrical forces between particles.

HS-PS1-3.

Radioactivity and Nuclear Equations

Nuclear chemistry is the study of reactions that involve changes in nuclear structure. The nucleus of an atom is composed of protons and, except for ...

Types of Radioactivity

The most common types of radioactivity are &#945; decay, &#946; decay, &#947; decay, neutron emission, and electron capture.
Alpha (&#945;) decay is the ...

Nuclear Stability

Protons and neutrons, collectively called nucleons, are packed together tightly in a nucleus. With a radius of about 10&#8722;15 meters, a nucleus is ...

Nuclear Binding Energy

The difference between the calculated and experimentally measured masses is known as the mass defect of the atom. In the case of helium-4, the mass defect ...

Radioactive Decay and Radiometric Dating

Radioactivity is a spontaneous disintegration of an unstable nuclide and is a random process, as all the nuclei in the sample do not decay simultaneously. ...

Nuclear Fission

Many heavier elements with smaller binding energies per nucleon can decompose into more stable elements that have intermediate mass numbers and larger ...

Nuclear Power

Controlled nuclear fission reactions are used to generate electricity. Any nuclear reactor that produces power via the fission of uranium or plutonium by ...

Nuclear Fusion

The process of converting very light nuclei into heavier nuclei is also accompanied by the conversion of mass into large amounts of energy, a process ...

Nuclear Transmutation

Nuclear transmutation is the conversion of one nuclide into another. It can occur by the radioactive decay of a nucleus, or the reaction of a nucleus with ...

Biological Effects of Radiation

All radioactive nuclides emit high-energy particles or electromagnetic waves. When this radiation encounters living cells, it can cause heating, break ...

determining-rate-laws-and-the-order-of-reaction

Determining Rate Laws and the Order of Reaction

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
All chemical reactions have a specific rate defining the ...

Develop models to illustrate the changes in the composition of the nucleus of the atom and the energy released during the processes of fission, fusion, and radioactive decay.

HS-PS1-8.

Properties of Transition Metals

Transition metals are defined as those elements that have partially filled d orbitals. As shown in Figure 1, the d-block elements in groups 3&#8211;12 are ...

Coordination Compounds and Nomenclature

In most main group element compounds, the valence electrons of the isolated atoms combine to form chemical bonds that satisfy the octet rule. For ...

Communicate scientific and technical information about why the particulate-level structure is important in the functioning of designed materials.

HS-PS2-6.

HPLC Separation in Soft Drink Analysis

Description

Transcript

More videos by Standards