コアシェルカラムの基礎講座：
これからコアシェルカラムを試してみたい方へ 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？
・速く分析したい
・分離をよくしたい
・UHPLCがあるからコアシェルじゃなくても・HPLCでも使えるって本当？
・使ってみたけど・・・

・全多孔性の粒子より何が優れているの？
・何が違うの？
・デメリットないの？

・UHPLCでのメリットってあるの？

・コアシェルカラムってどのメーカーもいっしょなの？

全多孔性粒子と何が違う？
核を内包している(フューズドシリカ)
多孔質シリカ層・構造は異なる(コアが有るか無いか)
・コアがあるため、比表面積が小さい・素材はシリカであり、全多孔性、コアシェルとも共通

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

A項 ：多流路拡散、渦巻き拡散

B項 ：カラム軸方向への拡散、アナライトの移動相中の拡散係数をDm

C項 ：物質移動の項

1.

：

：

粒径をdp

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.

多流路拡散・渦巻き拡散が小さくなる
粒度分布の広い充填剤（一般的な全多孔性シリカ，粒子間空隙率:35%～40%）

粒度分布の狭充填剤（コアシェルシリカ，粒子間空隙率:30%～35% ）コアシェルシリカは・・
粒度分布が狭いため、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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

HPLC

N(4)=19,313

31204 5224N(4)=20,287

分析時間1/368101214Retention time/min

1618

20

1542

122N(4)=20,287

3054SunShell C18, 2.6 mm 100 x 4.6 mm

315mm C18からの移行

2

3

45Sample: 1 = Benzydamine
2 = Ketoprofen
3 = Naproxen
4 = Indomethacin
5 = Ibuprofen

6

Retention time/min

3UHPLC 1N(4)=24,124

1.0 mL/min

254

3

1.8 mL/min

120142N(4)=22,424

53Retention 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 C18Time%B0 min
2%

15 min25%

20 min25%

7.5 min25%

10 min25%

for SunShell C18Time%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
23231Column: 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)792785246

理論段数(2)779076523535理論段数(3)

10704

10345

7998

理論段数(4)10113

97727689

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
1s

3s

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 min

0012
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 cell

Response 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
20000Semi-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: ambientInstrumental: X-LC, LC2000Plus (JASCO)

13UHPLCHPLC pump+UHPLC
detector

32424HPLC

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 C18Company S C18
SunShell C18
Sunniest C18 3um

Sunniest
C18 3mm(fully porous)

4000

P C18(core shell)

200000.001

0.010.1

110S 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

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, Phenyl, RP-Aqua,: C18, PFP, CN, PentaHILIC, RP-Amide
Halo（AMT）: C18, PFP, AQ, PC
Capcell Core（資生堂）: C18, PFP, C8, XB-C18, HILIC,
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: C18, C8, CN, Phenyl-Hexyl, SB-AQ
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
Raptor （Restek）
UltraCore (Ace): C18, Phenyl-Hexyl
SpeedCore (Fortis): C18, PFP, Diphenyl, HILIC
Coresep (Sielc): Mixmode
COSMOCORE (Ncalai): C18Meteoric Core (YMC): C18, C8, C18Bio

上記のメーカーより様々な固定相のコアシェルカラムが販売されてる。
( 固定相は抜粋)

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“(2.29mm)

送液系・カラム接続

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・・・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

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

まとめ• 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クロマニックオープン10周年
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HEX 14mm

配管

内径2mmから4.6mmの全ての固定相の逆相カラムで使用できます

2μmフィルター

孔径2μm C18結合ガラスフィルター

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キャンペーン期間：2014年9月1日〜2015年4月30日＜＜ガードフィルター使用例＞＞
SunShell C18, 2.6 mm 150 x 4.6 mm
ガードフィルターなし

使用前

tR(3)= 3.24 min ガードフィルターあり tR(3) = 3.26 min
N(3) = 39,345
N(3) = 38,940
ほとんど変化なし

012

345

使用後

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

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

1.7001.3401.3002) カフェイン

1.900.12

1.460.09

1.410.083) フェノール

2.170.28

1.65

0.23

1.570.214) ブチルベンゼン

13.35

6.85

10.87

7.118.935.875) o-ターフェニル

19.19

10.29

15.49

10.56

12.768.826) アミルベンゼン

19.96

10.74

16.56

11.36

13.439.337) 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