新技術・新製品セミナー

コアシェルカラムの最前線：
基礎からノウハウ一挙公開 必見！
クロマニックテクノロジーズ
塚本友康 長江徳和
Email: info@chromanik.co.jp
http://chromanik.co.jp

コアシェルカラムってどうなの？
HPLCで使える理論段数が高い

全多孔性と何が違う？

背圧が低い

デメリットは？

UHPLCでのメリットは？

コアシェルカラムをUHPLCで使う
69,629

なんとほぼ70,000段

69,07962,34961,5642.6μm

Column: SunShell C18, 2.6 mm, 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1.8 mL/min,
Temperature: 25 ºC
Pressure: 45 MPa for 2.6 mm
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil, 2 = Toluene, 3 = Acenaphthene, 4 = Butylbenzene, HPLC: Hitachi LaChrom ELITESunShell 2.6μm, 5μm
4.6x250mmカラムの性能
42,05341,043

41,61039,2555μm

Column: SunShell C18, 5 mm 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1 mL/min,Temperature: 40 ºC
Pressure: 6.7 MPa for 5 mm
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil, 2 = Toluene, 3 = Acenaphthene, 4 = Butylbenzene, HPLC: Hitachi LaChrom ELITE市販されているコアシェルカラム
SunShell（クロマニックテクノロジーズ） : C18, PFP, C8, RP-Aqua, C4-30, C8-30: C18, PFP, CN, PentaHILIC, BioClass
Halo（AMT）: C18, PFP, AQ, PC
Capcell Core（資生堂）: C18, PFP, C8, XB-C18, HILIC, EVOC18
Kinetex （フェノメネックス）
Kinetex Aeris（フェノメネックス）: C18, C8, C4 (タンパクペプチド分析用)
Ascentis Express（シグマアルドリッチ） : C18, F5(PFP), C8, OH5, RP-Amide: C4, C8, C18
BioSehll（シグマアルドリッチ）: C18, C8, CN, SB-AQ, HPH-C18
PoroShell（アジレントテクノロジ－）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, aQ, RP-MS
Accucore（サーモフィッシャー）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, HILIC
Nuculeoshell（ナーゲル）: C18, PFP, C8, Amide, HILIC
Brownlee SPP（パーキンエルマー）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, C18A, HILICBlue Shell（KNAUER）: C18, C18+, HILIC
Cortecs （Waters）: Biphenyl, ARC18
Raptor （Restek）
Ultracore (Ace): C18, Phenyl-Hexyl
SpeedCore (Fortis): C18, PFP, Diphenyl, HILIC
Coresep (Sielc): Mixmode
COSMOCORE (Nacarai): C18, Cholester
Meteoric Core (YMC): C18, C8, C18Bio(固定相は抜粋)

コアシェルカラムは広く使用されるようになってきている全多孔性粒子と何が違う？
アルカリに弱い
素材はシリカ核を有した構造

重量が重い

比表面積が小さい

全多孔性シリカカラムで注意すべきこと

コアシェルシリカカラムで注意すべきこと

二種類のコアシェル構造のシリカ粒子

モノレイヤー（単層）多孔質構造

マルチレイヤー（多層）多孔質層構造

粒度分布の比較
Sunniest, 2 mm

SunShell, 2.6 mm
Company A, 2 mm

Van Deemterの式

粒子径をdp
アナライトの移動相中の拡散係数をDm

A項 ：多流路拡散、渦巻き拡散B項 ：カラム軸方向への拡散

C項 ：物質移動の項1.

：

固定相-移動相での物質移動、粒子内での拡散による物質移動に依存

F. D. Antia and C. Horvath, J. Chromatogr., 435 (1988) 1-15.

全多孔性カラムとの違いは？
理論段数が高い
粒度分布

細密充填

低拡散

〈コアシェルシリカ〉
粒子間空隙率:30%～35%

粒度分布が狭く、細密充填に近くなる
多流路拡散・渦巻き拡散が小さくなる

AdpのAが小さくなる

粒度分布の比較2
全多孔性粒子コアシェル粒子

Santasania et al. Poster presentation, P-332-Mon, HPLC 2012

Van Deemter Plotの比較（全多孔性vs全多孔性）

H/dpO
H3C NN

Cl

C項も同じ
B項は同じ

Santasania et al. Poster presentation, P-332-Mon, HPLC 2012

Van Deemter Plotの比較

H/dp（コアシェルvs全多孔性）

B項は異なるSantasania et al. Poster presentation, P-332-Mon, HPLC 2012

C項は異なるカラム軸方向への拡散とB項
溶質は細孔内も粒子外と同様に拡散する
全多孔性充填剤

コアシェルシリカ

Flow rate (mL/min)
細孔のないコアの存在により、カラム軸方向の拡散が阻害されるB項が小さくなる『拡散による物質移動（の遅れ）』とC項
18
Fully porous 5 um

16

Fully porous 3 um
Fully proous 1.8 umPlate Height, um

14Core Shell 2.6 um

12108642002468
Mobile Phase Velocity, mm/sec

コアシェルシリカは・・
多孔質層が薄いため，溶質の拡散距離が短くなる

Cが小さくなる

全多孔性シリカとコアシェル型シリカ
2.6mmと5mmの標準試料の保持比較
全多孔性シリカ
Sunniest C18, 5 mm

コアシェル型シリカ
SunShell C18, 2.6 mm

コアシェル型シリカ
SunShell C18, 5 mm

340 m2/g

150 m2/g

90 m2/g

比表面積

保持時間(tR)

保持指数(k)保持時間(tR)

保持指数(k)保持時間(tR)

保持指数(k)1) ウラシル

1.70

01.3401.3002) カフェイン

1.90

0.12

1.460.09

1.410.083) フェノール

2.170.28

1.650.231.570.214) ブチルベンゼン

13.356.85

10.877.118.935.875) o-ターフェニル

19.19

10.29

15.4910.5612.768.826) アミルベンゼン

19.96

10.74

16.5611.3613.439.337) トリフェニレン

24.35

13.32

21.95

15.38

16.76

11.89

相対値アミルベンゼン

100%

100%

83%

106%

67%

87%

コアシェル型シリカ 5 mm
コア径：3.4 mm
シェル層厚：0.6 mm

移動相: Methanol/water(75:25)
温度: 40oC
カラム: 150 x 4.6 mm
流速: 1.0 mL/minコアシェル構造の利点
Van Deemter の式のA項，B項およびC項が小さくなる

コアシェル粒子は粒度分布が狭く，密な充填が比較的簡単にできる。
この密な充填がA項を小さくする

高い理論段数が得られる
カラムの性能が高い

コアが溶質の拡散を妨害し，溶質のカラム軸方向への拡散が抑えられるため，B項が小さくなる

流速が遅い条件でも理論段数の低下が少ない

多孔質層が薄く，多孔質内での溶質の拡散距離（移動距離）が短くなる
ため，C項が小さくなる

流速が速い条件でも理論段数の低下が少ない

カラムにしたときは・・・・

同じ表面処理をしていれば全多孔性シリカカラムと同じ選択性を示す

イソクラティック溶離例
Brand F C18, 5 mm 250 x 4.6 mm

HPLCN(4)=19,313

31204 5224N(4)=20,287

分析時間1/368101214Retention time/min

1618

20

1542122N(4)=20,287

3054SunShell C18, 2.6 mm 100 x 4.6 mm

315mm C18からの移行

2345Sample: 1 = Benzydamine
2 = Ketoprofen
3 = Naproxen
4 = Indomethacin
5 = Ibuprofen

6

Retention time/min

3UHPLC 1

N(4)=24,124

1.0 mL/min

254

3

1.8 mL/min

120

142N(4)=22,424

53

Retention time/min

5mm, 250x4.6mmカラムに比べ分析時間1/6
4524Column:
Brand F C18, 5 mm 250 x 4.6 mm
SunShell C18, 2.6 mm 100 x 4.6 mm
Mobile phase:
CH3CN/20mM Phosphoric acid = 45/55
Flow rate: 1.0 mL/min,
1.8 mL/min at the lowest chromatogram
Temperature: 25 ºC
Pressure: 9.5 MPa for Brand F C18 5 mm
13.4 MPa for SunShell C18 2.6 mm
Detection: UV@230 nm

6HPLC: Hitachi LaChrom ELITE（内径0.25mmの配管仕様）
UHPLC: Jasco X-LC

グラジエント溶離例

5mm C18からの移行
Column:Brand G C18, 5 mm 150 x 4.6 mm
SunShell C18, 2.6 mm 75 x 4.6 mm
Mobile phase:A) 0.1% Phosphoric acidB) CH3CN
Gradient program for Brand G C18
Time%B0 min
2%

15 min25%

20 min25%

7.5 min25%

10 min25%

for SunShell C18
Time%B0 min
2%

Flow rate: 1.0 mL/min,Temperature: 25 ºC
Detection: UV@250 nm
Sample: Oolong tea
1 = Gallocatechin, 2 = Epigallocatechin,
3 = Catechin, 4 = Caffeine, 5 = Epicatechin,
6 = Epigallocatechin gallate, 7 =Gallocatechin gallate, 8 = Epicatechingallate, 9 = Catechin gallate
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE（内径0.25mmの配管仕様）
UHPLC: Jasco X-LC

コアシェルカラムをHPLCで使うでも、ちょっとその前に・・・・

全多孔性シリカカラムと比較してカラム内拡散が小さい
物質移動速度が速い

HPLCでの使用で必要なこと

応答速度の高速化
低拡散化
低試料負荷

比表面積が20%小さい

0

カラム－検出器間における配管の影響
232
31Column: SunShell C18, 2.6 μm 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 0.3 mL/min
Temperature: ambient
Tube length: 30 cm (Peek)
41243

10.25㎜
0.1㎜

40.06㎜1

理論段数の平均値(n=3)

2345 (min)

0.06㎜

0.1㎜

0.25㎜

理論段数(1)

792

785

246

理論段数(2)

7790

7652

3535

理論段数(3)

10704

10345

7998

理論段数(4)

10113

9772

7689

検出器レスポンスタイムの影響
Column: SunShell C18, 2.6 μm 100 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 1.8 mL/min
Temperature: ambient
Sample: Toluene Tube: i.d.0.1㎜ｘ20 cm Peeksil
Instrumental: X-LC(JASCO)

0.03s
0.3s

1s3s

検出器レスポンスタイムの影響
30000
25000
Acenaphtene tR 3.7 min

理論段数

20000
15000
10000
5000

Uracil tR 0.42 min

Toluene tR 1.7 min001

2
レスポンスタイム（ｓ）

34

HPLCをコアシェルカラムに最適化すると最適化前

レスポン
スタイム

配管

マイクロ
フローセル

UHPLC

5 μm全多孔性
カラム

10141

10463

11195

11738

11637

3 μm全多孔性
カラム

15039

16494

17555

17969

18135

2.6 μm コア
シェルカラム

14810

19819

22921

27146

28208

最適化

HPLCでも最適化を行えばコアシェルカラムをUHPLCに近い性能で使うことができることがある

Chromatography today May/June 2012 p40-42

通常仕様とセミミクロ仕様のHPLCの比較

Flow cellResponse Sampling Tubing ID

Normal 13 μL

0.1 sec

0.4 sec

0.25 mm

Semi-micro 3.2 μL 0.1 sec

0.4 sec

0.13 mm

Semi-micro 3.2 μL 0.05 sec

0.05 sec

0.13 mm

45000
40000
Acenaphthene

理論段数

35000

Toluene
Butylbenzene

30000
25000
20000

Semi-micro 0.05 sec

15000

Semi-micro 0.1 sec

10000

UracilNormal 0.1 sec

5000

005

ピーク幅/秒

1015Column: SunShell C18, 5 mm 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1.0 mL/min,
Temperature: 40 ºC
Pressure: 6.7 MPa
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil
2 = Toluene
3 = Acenaphthene
4 = Butylbenzene
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE

HPLCをUHPLCに！？

1Column: SunShell C18, 2.6 μm 100 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 1.8 mL/min
Temperature: ambient
Instrumental: X-LC, LC2000Plus (JASCO)

13UHPLCHPLC pump+UHPLC
detector

324

24HPLC

UHPLC

理論段数(1)

16835

16900

理論段数(2)

26013

26107

理論段数(3)

24548

24505

理論段数(4)

22823

22791

アミトリプチリンの負荷量の比較
移動相: アセトニトリル/20mMリン酸緩衝液pH7.0=(60:40)
カラムサイズ: 150 x 4.6 mm，流速: 1.0 mL/min，温度: 40℃
16000
14000

SunShell C18(core shell)

理論段数

12000

100倍

10000
8000
6000

Company P C18
Company S C18
SunShell C18
Sunniest C18 3um

Sunniest
C18 3mm(fully porous)

4000

P C18(core shell)

2000
00.001

0.01

0.1

110

S C18(core shell)

試料重量 mg

ピークの4.4％の高さの位置でのピーク
幅で理論段数を計算 （5σ法）

試料： 1 = ウラシル，2 = プロプラノロール，
3 = ノルトリプチリン，4 = アミトリプチリン

カラムフィッティングの違い

Ferrule Type

ネジ部の長さポートの深さ

主な用途

WATERS

0.320"

0.130“(3.30mm)

送液系・カラム接続

SWAGELOK

0.225"

0.090“ (2.29mm)

送液系・カラム接続

PARKER

0.210"

0.090“

送液系・カラム接続(2.29mm)

カラムの接続時には、注意が必要。
カラムエンドの種類の確認を・・・

高速分離例
72483165Column: SunShell C18 2.6 mm, 30 x 3.0 mm.
Mobile phase: A) Wtaer, B) Acetonitrile; Gradient(Acetonitorile %), 0.00 min - 35%, 0.40 min 100%, 0.80 min - 100%, 0.85 min - 35%, 1cycle;
1.8min, (High-pressure gradient).
Flow rate: 1.0 mL/min.
Temperature: 40 ºC.
Injection Volume: 1 µL.
Wavelength: 200 - 500nm, CH-9, 215 - 500nm(Max Abs.).
Sample: Mixture of ultraviolet absorbers,
1 = 2,2’,4,4’-Tetrahydroxybenzophenone,
2 = Ethyl p-aminobenzoate,
3 = 2, 4-Dihydroxybenzophenone,
4 = 2,2’-Dihydroxy-4-methoxybenzophenone,
5 = 2,2’-Dihydroxy-4,4’dimethoxybenzophenone,
6 = 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenone,
7 = 2-(2’-Hydroxy-5’-metylphenyl) benzotriazole,
8 = 4-tert-Butylphenyl salicylate.
Courtesy of Jasco.

まとめ• コアシェル粒子は、全多孔性シリカ粒子と化学的な特徴は同じである• コアシェルカラムは、カラム内拡散が小さく、物質移動が速いため高理論段数が得られる• HPLCでコアシェルカラムを用いる場合、配管、検出器のレスポンスタイム、試料負荷量に注意が必要である• HPLCポンプにUHPLC検出器を組み合わせて使用した場合、UHPLCと同等の結果が得られた• 最適化されたHPLCでは、溶出が早い試料ほど理論段数が高くなった

HPLC UHPLC Column
Core Shell Particle

SunShell C18 5 μm, 4.6x250mm
移動相：アセトニトリル/水=7/3
流速：1.0mL/min
カラム圧： 6.7 MPa

理論段数：40,000段以上５μｍのカラム圧で3μｍの性能を発揮！
全多孔性C18と同等な価格！ 是非お試しください！！
SunShell C18, 5 μm

内径(mm)
長さ(mm)
150
250

型 番CB3371
CB33813.0
価 格キャンペーン価格¥84,000¥42,000¥110,000¥55,000

型 番CB3471
CB34814.6価 格キャンペーン価格¥84,000¥42,000¥110,000¥55,000