《Journal of Chemical Education》：A Scalable and Sustainable Undergraduate HPLC Laboratory Module for Honey Analysis: Adapting to Large-Enrollment Courses with Limited Instrumentation and Resources
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研究人员为高年级本科化学课程开发了一种成本效益高且环境意识强的高效液相色谱（HPLC）实验模块，用于分析生蜂蜜中的糖类和5-羟甲基糠醛（HMF）。该模块的一个关键创新是其后勤设计，使得大量学生能够通过单一HPLC仪器获得实践经验，从而最大化资源可及性。该两节实
研究人员为高年级本科化学课程开发了一种成本效益高且环境意识强的高效液相色谱（HPLC）实验模块，用于分析生蜂蜜中的糖类和5-羟甲基糠醛（HMF）。该模块的一个关键创新是其后勤设计，使得大量学生能够通过单一HPLC仪器获得实践经验，从而最大化资源可及性。该两节实验介绍了色谱分离原理，并强化了基本实验技能，包括溶液制备、移液精度和统计分析。该模块通过使用更安全、良性的试剂替代对环境有影响的溶剂，整合了绿色化学原则，显著减少了化学废物的产生。通过研究蜂蜜质量，学生将接触到食品安全和质量控制中的实际分析应用。该实验已在德克萨斯A&M大学（Texas A&M University）实施，在七个学期内为约540名学生提供了有价值的可扩展培训。凭借低材料、维护和环境成本，该学习模块展示了现代分析化学教学的可持续和可扩展教育平台。
**论文解读：面向大规模课程的可持续HPLC蜂蜜分析实验模块**
**研究背景、问题与目的**
高效液相色谱（HPLC）是现代分析化学的核心技术，广泛应用于科研与工业质量控制。然而，在本科生课程中引入HPLC实践教学面临显著挑战，尤其是在学生人数众多但仪器资源有限的公立大学。传统HPLC实验需要大量仪器、耗材和维护投入，且产生有害有机溶剂废液，造成环境与经济负担。以德克萨斯A&M大学（Texas A&M University）为例，一门定量分析课程在2025年秋季有125名学生（分42个实验组），但仅有一台HPLC系统可用。为应对这些教学与后勤障碍，研究人员开发了一种成本效益高且环境友好的HPLC实验模块，专为高年级本科生设计，旨在提供HPLC分离原理的动手实践，同时最小化资源消耗与废物产生。该模块已发表于《Journal of Chemical Education》。
**主要关键技术方法**
该实验使用一台Agilent 1260 Infinity II HPLC系统，配备二极管阵列检测器（DAD）和蒸发光散射检测器（ELSD）。糖分析采用Hi-Plex Ca配体交换柱，以煮沸的反渗透（RO）水为流动相，柱温85°C，ELSD检测；5-羟甲基糠醛（HMF）分析采用Poroshell 120 EC-C18反相柱，同样以RO水为流动相，柱温40°C，DAD在284 nm检测。样品包括两种预选生蜂蜜（三叶草蜂蜜和覆盆子蜂蜜）以及学生自带的本地生蜂蜜，另含高果糖玉米糖浆（HFCS）作为对比。该模块已在德克萨斯A&M大学（Texas A&M University）的CHEM-318课程中实施七个学期（2023–2026），覆盖约540名学生，每个实验组3人，每学期约35组。
**研究结果**
**样品制备与稀释因子**
学生通过称量生蜂蜜样品并加入热水溶解，离心去除花粉等颗粒，计算体积稀释因子。代表性数据中，三叶草蜂蜜（S1）、覆盆子蜂蜜（S2）和HFCS（S3）的稀释因子分别为5.661、6.534和6.254。
**色谱分析与标准溶液**
使用Hi-Plex Ca柱和ELSD获得蜂蜜样品的色谱图，鉴定出麦芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的峰。通过标准溶液（T1–T5）建立校准曲线，进行线性回归，确定各糖浓度。代表性数据显示，三叶草蜂蜜中果糖、葡萄糖和蔗糖浓度分别为0.4427 M、0.4419 M和0.01935 M。
**蜂蜜与HFCS样品比较及HMF分析**
在湿实验离心步骤中，学生观察到生蜂蜜样品产生可见花粉沉淀，而HFCS无此现象，这是初步鉴别线索。使用EC-C18柱和DAD分析HMF，色谱图显示HMF峰在约7.27分钟。生蜂蜜色谱图在早期保留时间（1–2分钟）出现非糖有机物（NSO）峰，而HFCS无此峰，表明天然蜂蜜存在独特成分。此外，生蜂蜜中蔗糖浓度比HFCS高2–3倍，这些特征共同作为蜂蜜真实性初步判据。
**校准与HMF定量**
通过HMF标准溶液（HMF1–HMF5）建立校准曲线，计算蜂蜜样品中HMF浓度。代表性结果显示，三叶草蜂蜜中HMF为7.659 ppm，覆盆子蜂蜜为6.109 ppm，HFCS为6.063 ppm，均低于美国法规限值（温带蜂蜜40 ppm，热带蜂蜜80 ppm）。换算为原始蜂蜜中糖的w/w%浓度，春季学期班级均值分别为：蔗糖3.0 ± 0.6%，葡萄糖36.0 ± 6.3%，果糖39.6 ± 6.1%。
**探究式学习探索**
仪器分析方向的学生通过改变EC-C18柱温度（最高40°C），测量HMF保留时间和峰宽，计算理论塔板数，研究温度对柱效的影响，并从绿色化学角度分析高温下的能耗与保留时间缩短的权衡。
**HMF与保质期**
HMF浓度随储存时间增加，在25°C下储存约两年内，所有测试蜂蜜的HMF水平均保持在安全限值内。
**学习成果与评估**
实验基于Bloom认知分类法设计，学生需“应用”基础定量分析技能，“分析”实验过程的绿色化学原则，“评估”蜂蜜质量与保质期，“创造”基于色谱数据的蜂蜜真实性判别标准。评估方法包括预实验检查、形成性评估、实验报告、期末实验考试、学期末调查及长期追踪调查。结果显示，学生自我报告的批判性思维参与度（均值从2.39升至2.67）和概念掌握度（2.48升至2.70）均有提升。班级平均糖浓度计算出的营养值（61.6 ± 10.1 CAL/21g份）与商业标签（60 CAL/21g份）接近。一年后追踪调查中，100%参与者保持湿化学技能，多数保持复杂数据处理能力。
**绿色化学整合**
与传统AOAC 977.20方法（使用乙腈:水流动相，产生大量乙腈废液）相比，本模块使用RO水流动相，无有害废液产生。基于35组/学期的计算，传统方法每学期产生约7.5 L乙腈废液，而本方法为零。学生通过成本效益分析，比较HiPlexCa柱（约$1,800）与Phenomenex Luna Omega Sugar 100?柱（约$1,100）的购买成本与运行规模，理解绿色化学的权衡。
**讨论与结论**
讨论部分强调了该模块在教学资源受限的大规模课程中实现高阶认知训练的可能性。通过解决后勤和经济负担而不牺牲教学质量，该模块为仅使用单一HPLC仪器提供基础HPLC教育提供了实用范例。
结论部分翻译如下：
我们报告称，尽管存在严重的基础设施限制，但仍可在大规模课程中有效提供严格的高阶认知训练。通过解决减少后勤和经济负担而不影响教学质量的挑战，该模块成为仅使用单一HPLC仪器为高年级本科生提供基础HPLC教育的实用范例。通过这一两节、8小时的实验练习，学生不仅获得基本程序性知识，还参与高阶认知任务。他们培养关键湿化学技能，强化线性回归和标准偏差计算等核心分析概念，并最终综合数据以评估真实食品和仪器性能。这项工作表明，在大规模实验课程中，教授HPLC不需要配备多台HPLC系统。将该学习模块融入大学化学课程，可降低传统上由高基础设施、维护和资源需求所设置的HPLC教育门槛。此外，该实验的灵活性和绿色化学导向使其成为可获取、可持续且有价值的学习体验。
