Technical Review

Chromatography, Vol.27 No.3 (2006)

Technical Review

新汎用型HPLC用検出器、コロナ荷電化粒子検出器の紹介＊千田正昭、福島景子、橋口九州男、松本勉、P. H. Gamache、J. C. Waraska、D. Asa

A New Universal Detector, Corona Charged Aerosol Detection
Masaaki Senda*1,2, Kyouko Fukushima1, Kusuo Hashiguchi1, Tsutomu Matsumoto1,
P. H. Gamache3, J. C. Waraska3 and D. Asa31

MC Medical, Inc., 2 Senda Analytical Technology Lab., 3ESA Biosciences, Inc.

15−25, 7−chome, Nishishinjuku, Shinjuku−ku, Tokyo, 22841−2 Kusahana, Akiruno−sh, Tokyo 322 Alpha Road Chelmsford, MA, USAAbstract
A universal detector for high performance liquid chromatography has been a dream for a long time. UV detector has been one of the mostpopular in HPLC field. For molecules like carbohydrates and lipids, which have neither UV chromophores nor fluorescence, refractive index
detector (RI) and an evaporative light scattering detector (ELSD) have been used. These techniques, however, are not always satisfactory particularly in terms of sensitivity. Recently, ESA Biosciences, Inc. has developed the corona charged aerosol (CAD) detector. This universal detector is highly sensitive and gives consistent and reliable response, as well as wide dynamic range. It has been found that CAD detector is themost suited for determination of impurities and degradants testings in natural products and synthetic compounds.
Keywords : universal detector ; HPLC ; charged aerosol detector (CAD)

光散乱検出器（ELSD）がRIよりも高感度でグラジエントが１．緒言
高速液体クロマトグラフィーにおける検出器は紫外吸収検可能とのことで、近年糖質や脂質の分析、コンビナトリアル出器（UV）、蛍光検出器（FL）等選択的検出器が主に使用

ケミストリーにおけるモニター検出器、ポストゲノム研究にされてきた。GCの分野では熱伝導度検出器（TCD）、水素炎

おけるLC/MSとの同時使用機器として普及して来ている。

イオン化検出器（FID）など汎用検出器が使用され、またGC

２００４年１０月、米国ESA Biosciences, Inc.（Chelmsford, MA, USA）

−MSも早くから実用化された。液体クロマトグラフィーの分が開発した荷電化粒子検出法を用いた最新鋭の汎用型高感度野でも古くから、紫外吸収や蛍光を持たない化合物や容易にHPLC用検出器Corona CAD（charged aerosol detector）がELSD高感度な誘導体化ができない化合物に対して高感度な汎用型より高感度で、均一な応答性を示し、広いダイナミックレン検出器が望まれていた。以前から使われている示差屈折計

ジをもつ検出器として登場してきた。本検出器は２００５年、（RI）は周囲温度に影響を受けやすいこと、感度が低いこPITTCON２００５にて Editor’s Awardの銀賞、また同年の１００件と、更にグラジエント溶出には使えないという欠点を有しての優れた開発装置に贈られる２００５R&D１００Awardも合わせいる。一方１９７０年代後半に開発され、最近普及してきた蒸発て受賞した。

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３．原理 [1−3]２．コロナCADの外観と仕様

本検出器では、先ず揮発性のカラム溶出液が窒素ガスなどコロナCAD検出器の外観の不活性ガスで噴霧される。大きな液滴は半球形のインパク

Physical specifications :ターに衝突し、しずくとなり排液として捨てられる。溶質を含んだより小さな液滴のみがインパクターを通り抜け、更に乾燥管を通り蒸発乾燥される。移動相溶媒は蒸発除去され、乾燥された溶出物微粒子が中性の球状微粒子を生成する。一方、別の窒素ガスの気流は高電圧の白金コロナ電極を通る際にプラスに荷電され、N＋イオンを生成する。ミキシングチェンバーにて、このN＋イオンの流れが溶出物球状微粒子の流れに衝突し、電荷を球状の溶質粒子表面に転移してプラスに帯電させる。球状の溶質粒子の大きさに応じて電価の数も増加する。高い移動度の過剰なN＋イオンはマイナスに荷電した低電圧のイオントラップにより除去される。低い移動度の荷電した大きな粒子はイオントラップを通過する。荷電した粒子は導電性の膜フィルター（コレクター）に突き当たり、電子は集められる。その結果、高感度な電流計にインプットされる。その出力電流は溶質粒子の増加に相当して増加す

Figure 1. Corona CADる。そこで次々に信号を生じ検出器の出力として記録され

２０．
５（L）x ９（W）x１１．
２５（H）

る。このため、これまで高感度に精度良く検知することが不（５２．
５cm x ２３cm x ２８．
６cm）可能であった種々の不揮発性及び半揮発性物質を、本器によ２２lbs（１０kg）り、高感度で分析することが可能となった。検出感度は試料分子の構造や特性に関係なくほぼ一定である。また、移動相溶媒は蒸発除去されるためグラジエント溶出が可能である。
Table 1. Instrumental Specifications

General operating specifications
Operating mode

Charged aerosol Detection

Mobile phase flow rate

Up to 2 ml/min

Full sacale output range

1 pA to 470 pA

Filter time constantsNone, Low, Medium, High

Signal output

0.1 V DC

Output resolution

0.12 µⅤat 1 V full scale (24 bit bipolar)Fuction keys

Autozero, Event Marker, Gas ON/Off

Remote control

Via RS 232

Method storage

Up to methods

ProgrammableGas(on/off), Set Output Contact Closures (4), Autozero, Filter,Marker, Current Range, Hold, Loop, Reset Parameters

External requirements
Power

100−240 VAC, 50/60 Hz, 100 VA

Gas

Nitrogen (recommended)

Operating gas pressure

35 psi (2.4 bar)

Operating gas flow rateUp to 5 L/min

Up to 5 L/minSpecifications subject to change without notice―１２０―Chromatography, Vol.27 No.3 (2006)

Masaaki Senda, Kyouko Fukushima, Kusuo Hashiguchi, Tsutomu Matsumoto,P. H. Gamache, J. C. Waraska and D. Asa

Figure 2. Schematic Diagram of Corona CAD

ダイナミックレンジは４桁の広い応答性を示す。Figure 2に物分析や微量成分の追跡分析が可能である。特に医薬品製造検出器の構造の概略を示す。本装置のHPLCの揮発性移動相企業における原材料、賦活剤の純度検定、不純物測定、分解を蒸発除去するところはELSDと同じであるが、検出段階で物測定、クリーニングバリデーションの分析等に広く利用さ

ELSDが光散乱を利用するのに対して粒子に荷電化を行いそれ、Pittcon 2005、Pittcon 2006、HPLC 2005、HPLC 2006な どの電荷を測定する方式である。この検出原理は環境大気のアの最近の学会・シンポジウムにて報告されている [4−9]。コ

エロゾル測定にElectrical Aerosol Detector（TSI Inc. Shoreview

ロナ検出器単独でも使用されているが、LC/MS(MS)、UV検MN, USA）として以前より利用されていた。HPLCへ最初の出器との共存分析により相互補完効果があり、総合解析が行応用を試みたのはDixonたちの論文 [1] である。

われている。
Figure 3−Figure 7に応用例の一部を示した。

４．応用
５．他の検出器との比較

コロナ検出器は不揮発性、半揮発性の試料成分を広く検出するため、糖質、脂質、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、コロナ検出器はTable 2のように他の検出器と比較して検医薬品、フラボノイド、非イオン性界面活性剤など、酸性、出感度、定量範囲、感度一定性、分析対象物質の広さ、再現塩基性、中性、分子の大きさ、イオン性などの物質の構造・性、操作性に優れている。特に原理的に類似しているELSD性質にかかわらず均一な応答性がある。そのため多くの応用と比較されるが、移動相溶媒の除去までは類似しているが、例がある。UV吸収の無い、あるいはUV吸収の弱い成分でも検出段階がELSDは光散乱、CADは電荷の転移により電気的高感度に検出できることと、広いダイナミックレンジによな検出を行うところが異なっている。ELSDの場合には溶媒り、従来見落とすことのあった合成、発酵、天然物等の不純蒸発後の粒子径が１００nm程度が検出限界であるが、CADでFigure 3. Impurity Testing A) Separation of triglyceride standards (2µg each on column). Inset − two contaminants (area responses − 8092 and 14844) B) Separation of triglyceride standards (2µg each oncolumn ) . Inset − typical noise (average 251).

―１
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Figure 4. Contaminants and Degradants. A)Detection of a contaminant in both the aspartame standard andEqual (inset). B) Aspartame and several possible precursors and degradants (10 µg each, on column)C) Detection of contaminants and degradants (10 µg Equal on column). Inset − at ~20 x sensitivity.

Figure 5. Antibiotics A) Antibiotic standards 200 ng each on column, Inset− 50 ng , B) Reproducibility (5 replicates of 200 ngstandard)―１２２―Chromatography, Vol.27 No.3 (2006)

Masaaki Senda, Kyouko Fukushima, Kusuo Hashiguchi, Tsutomu Matsumoto,P. H. Gamache, J. C. Waraska and D. Asa

Figure 6. Non−ionic surfactants A) Tween 80 stock diluted 1 : 100 (v/v) in mobile phase. (Gain range = 2 pA full scale),B) Tween 80 stock diluted 1 : 1000 (v/v) in mobile phase. (Gain range = 1 pA full scale)Figure 7. Artificial Sweeteners Splenda, A) Analysis of Splenda (10 µg on column). Inset is at −10 x less sensitivity. B) Analysisof Maltodextrin (10 µg on column)
６．結論は１０nmレベルまで検出可能である [1]。また検量線が曲線とコロナ検出器は高感度な汎用型検出器で、多くの可能性を成るがCADの場合にはダイナミックレンジが４桁あり、比有している。特徴を下記した。

較的直線に近く、限られた範囲ではほとんど直線とみなせる＊高感度である。検出限界は低ngオーダーまで。

ところが異なる [4]。

Table 2. Comparison of HPLC Detectors
Sensitivity

DynamicRange

Consistency ofResponse

ApplicabilityReproducibility

Chromatographic
Compatibility

Ease of Use

CAD

★★★

★★★

★★★

★★★

★★★

★★★

★★★

UV

★★★

★★★

★

★★

★★★

★★

★★★

ELSD

★★

★

★★

★★★

★

★★★

★★

CLN

★★★

★★

★★

★★

★

★

★

RI

★

★★

★

★★

★★

★

★★★

CLN : Chemiluminescence Nitrogen（化学発光窒素検出器）

―１
２
３―

Chromatography, Vol.27 No.3 (2006)＊分析成分に影響されない一定な応答係数。

new universal detector for HPLC. LabPlus international−＊ダイナミックレンジが４桁と広い（ng〜µg）。

June 2005.

＊再現性が良い（RSD ２％以内）。

[4]＊応用性が広範である、ほとんどの不揮発性成分に対応す

Gorecki, T., Lynen, F., Szucs, R. Pat Sandra. : Anal. Chem.
2006, in press.

る。

[5]

＊簡単な操作性：セットアップから分析まで１５〜３０分程

Mororeau, R.A. : The Analysis of Lipids via HPLC with aCharged Aerosol Detector. Lipids 2006, 41 (7)

度。

[6]

Gallagher, R., et al. AstraZeneca : Evaluation of Charged＊アイソクラティック、グラジエント溶出法に適応する。

Detection for use as a relative or absolute purity indicator＊合成、発酵、天然物等の成分の純度検定、汚染物質レベ

and its application in Protein−Ligand binding studies. HPLC

ルの測定に有用。

2005 Abstract.
[7]

７．引用文献[1]

Aerosol Detector. Forced Degradation 2005 Abstract.

Dixon, R.W., Peterson, D.S. : Anal. Chem. 2002, 74, 2930−
[8]

2937
[2]

Cartson, E., et al, Eisai Research Institute. : Automated Microwave Synthesis in Focused Library Production. ACS

Gamache, P.H. MacCathy, R.S. : HPLC analysis of non-2005, November.

volatile analytes using charged aerosol detection. LCGC
[9]

2005, 23 (2)[3]Baretshi, S., et al, Eli Lilly and Company. : Evaluation of a
new “Universal” HPLC Detector : ESA’s Corona Charged

Forsatz, B.J., et al, : Schering. HPLC with Corona Charged

Macarthy, R., Gamache, P., Asa, D. : Development andAerosol Detection for Cleaning Validation in Pharmaceuti-evaluation of corona charged aerosol detection (CAD) : acal Company. HPLC 2006 Abstract.

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