ChromaNik Technical Note: No. S1017 (2021)

HPLC/UHPLC カラムのエンドフィッティング接続の留意点
MarvelX, MarvelXACT 配管の特徴
株式会社クロマニックテクノロジーズ
１長江徳和

はじめにHPLC/UHPLC 装置は吐出ポンプ，オートサンプラー，インジェクター，カラム，検出器間を 1/16 インチのステンレススチール配管などで接続されており，配管の容量や，接続部で発生するカラム外容積はカラムの性能に大きく影響する事が知られている。本稿ではカラムのエンドフィッティング接続での間違いやトラブル回避方法，さらにエンドフィッティング規格に関わらず接続可能な配管の評価などを紹介する。

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オシネジとフェラルを用いた接続LC（液体クロマトグラフィー）が HPLC に発展した当初は High Pressure Liquid Chromatography と言われており，文字通り高圧化で操作する LC であった。従って高圧に耐えうるカラム管・配管としてステンレススチール（SUS316）素材を用い，図１に示されている様に，カラム管エンドと 1/16”配管を接続する際に金属製の円錐型のフェラルとオシネジを用いていた。オシネジを回す事により，このフェラルに力がかかり，かしめられる事により変形してカラム管の入口側と出口側のカラム管エンドに密着して，移動相の漏れを防いでいる。
。図１A はイラストで表しており，図１B は金属フェラルと金属オシネジを用いているが，金属フェラルをかしめておらず，金属フェラルが変形していない状態である。更に分かり易くするために図１C は着色した樹
脂のフェラルとオシネジを用いて接続状態を示した。
HPLC 創世期の 1970 年代にはオシネジの代わりに袋ナットが用いられたり，オシネジのネジがインチ規格とミリ規格が混在していたり，フェラルの向きを逆にして接続するタイプなど，さまざまな形式のエンドフィッティングが利用されていたが，1980 年代以降，袋ナットは使用されなくなり，オシネジのネジはインチ規格のNo.10-32UNF に統一される様になった。しかしながら現在でも，HPLC/UHPLC 装置メーカーはそれぞれ，フェラルから先の配管（1/16”チューブ）の長さを独自に決めており，フェラルから先の配管の長さが 1.6 mm から3.5 mm までの数種類のエンドフィッティング規格が存在している。一部の大手充塡カラムメーカーは数種類の-1-

図 1 オシネジとフェラルを用いた接続エンドフィティング規格に対応したカラムを供給しているが，多くの充塡カラムメーカーは市場ニーズの高いウォーターズ（Waters）タイプやパーカー(Parker)タイプなど一種類のみの又は二種類のフィッティング規格のカラムを供給している事が多い。

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エンドフィッティング規格の差によるトラブル
上述の様に金属製フェラルを用いた接続ではフェラルはかしめられ，先端が配管にくい込む事によりフェラルは配管に固定される。フェラル先の配管長さの異なるフィッティング規格同士で接続した場合には図 2 に示されている様な不具合が起こる。図 2A はフェラル先の配管の長さが短く，配管とカラム管の間に大きな空間が発生する。ここで試料成分の拡散が起こり，ピークがブロードになったり，尾を引くようなテーリング状態になったりする。図 2B はフェラル先の配管が長すぎる場合であり，フェラルがカラム管エンドに密着せず，液漏れを起こす。図 2C はフェラル先の配管の長さが適正であり，カラム外容積の増加もなく，ピーク形状への影響はない。
エンドフィッティング規格の異なるカ

図２ カラム管フィッティング
A はフェラル先の配管が短い場合，B はフェラル先の配管が短い場合，C はフェラル先の配管の⻑さが適正な場合。

ラムを接続するときにはそれぞれのカラムに合わせて，フェラルの固定位置を決めなければならず，金属製フェラルを用いた場合には，エンドフィッティング規格が変わる毎に配管を変えなければならない。又同じエンドフィッティング規格のカラムを用いても，何度もカラムの接続を繰り返していくと，金属フェラルは毎回少しずつではあるが変形し，最終的にこれ以上変形できなくなる。この様な時には新しい配管に更新すべきであるが，それでも漏れを防ぐためにオシネジを締め過ぎるとオシネジが切れてしまい，元に戻す事は出来なくなってしまう。このような事象はベテラ
ンクロマトグラファーの多くの方が経験していると推察される。
1980 年代に利用出来るようになった機能性樹脂である PEEK（ピーク，Poly Ether Ether Ketone）は耐熱性，機械的強度，更に耐薬品性が高い熱可塑性樹脂であり，HPLC の部材としても用いられるようになった。
カラムと配管の接続に使用されるフェラルもこの PEEK 樹脂が採用されるようになった。フェラル単独のものや，フェラルとオシネジを一体化したコネクターも PEEK 素材での成形品が開発された。この PEEK 樹脂
フェラルの特徴は金属製フェラルとは異なり，ステンレスチューブに固定されないため，接続する毎にフェラル先の配管の長さを変られる事である。そのため PEEK 樹脂製のフェラルやコネクターを用いる事により，毎回それぞれのエンドフィッティング規格に合った接続が可能になった。PEEK 樹脂フェラルの欠点は，配管接続部の耐圧が 20 MPa 程度であるため，高耐圧が要求される HPLC システムでは使用できない事であった-２-

が，金属と PEEK 樹脂との複合体フェラルなどの開発により耐圧は改善された。2004 年以降 UHPLC の普及により 100 MPa 以上の耐圧が求められるようになり，再び金属製フェラルが UHPLC では主流となった。

４異なるエンドフィティングでの互換性

現在使用されている HPLC/UHPLC カラムのエンドフィッティングは前項でも述べた様に，ネジ規格は No,10-32UNF で全て同じである。又フェラルとフェラルの受け側（カラム管エンド側）のテーパ角度は 40°で，ほとんどのカラムで統一されている。しかし A 社の高圧対応のカラムのカラムエンドのテーパ角度は 36°であった。
市販のカラムのカラム管を中心でカットし，加工寸法を測定した結果を図 3 に示す。A 社カラム管のフィッティング部とパーカータイプのカラム管のフィッティング部を図 3a に示す。両カラム管ともネジ部分とフェラルを受けるテーパーに掘られた部分が別々である 2 ピース構造になっている。A 社のテーパーに掘られた部分の深さは 4.2 mm であるが，パーカータイプの場合は 1.9 mm であり，大きく異なっている。又テーパー部から先の配管の挿入部分の長さは，Ａ社では 1.6 mm であるが，パーカータイプでは 2.0 mm であった。それぞれのカラム管エンドに金属フェラルとステンレススチール配管で固定した状
態を図 3b に示す。それぞれのフェラルの角度も 36°と 40°である。図 3c は A 社のカラム管エンドにパーカータイプの配管を，パーカータイプのカラム管エンドに A社用の配管を接続したときの状態を示す。
A 社のカラム管エンドにパーカータイプの配管を接続した場合にはフェラルから先の配管の長さが長いため，フェラルの先はカラムエンドに密着せず隙間が生じるが，A 社のカラム管エンドのテーパーが深い事と，テーパー角度が小さい事から，フ

図３ A 社仕様とパーカータイプのカラム管エンドフィッティングの互換性
a はカラム管エンドフィッティングの構造，ｂはそれぞれのエンドフィッチングに合わせてフェラルを固定した場合の配管の図，ｃは配管を異なるカラム管エンドに装着した場合の図。

-3-ェラル後部でカラム管エンドに密着し，移動相は漏れなくなる。又，配管先端とカラムエンドには隙間がなく，ピークがブロードになったりテーリングを生ずる事もない。逆にパーカータイプのカラム管エンドに A 社の配管を接続した場合には，フェラル先端がカラム管エンドのテーパー部に密着し液漏れは起こらないが，フェラル先の配管の長さが短いため，カラム管エンド内で大きな隙間が生じる。この隙間がピークを太くしたり，テーリングを生じさせる原因になる。この様に A 社の高圧用カラムは A 社の UHPLC 装置は勿論であるが，パーカータイプのエンドフィッティング規格の UHPLC 装置にも問題なく接続出来る。しかしパーカータイプのエンドフィッティング規格のカラムは A 社の UHPLC 装置の接続には問題があり，適正に接続できない。
つまり，A 社のエンドフィッティング規格は特殊で，テーパー角度が 36°であり，フェラルの受け側のテーパー部分が深い事など，他のエンドフィッティング規格と大きく異なり，これらの特殊要因によって A 社のカラムはパーカータイプのエンドフィッティング規格に適合してしまう。もし A 社のカラムはパーカータイプだと勘違いし，パーカータイプのカラムは A 社の UHPLC 装置に問題なく接続出来ると思い込み，A 社の UHPLC装置で A 社カラムに加え，他社のパーカータイプのカラムの性能比較を行うと，他社パーカータイプのカラムは全てピークがブロードになったり，テーリングが生じたりし，比較結果は A 社カラムが有利になり，それぞれのカラムの本来有している性能での比較ができない。

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フェラルを用いない配管接続もしフェラルを用いない HPLC/UHPLC カラムの接続方法があれは，現在存在するフェラル先の配管長さの異なる様々なエンドフィッティング規格を気にする事なくカラムを接続する事が出来る様になる。2016 年から発売されている IDEX 社のMarvelX（マーベルエックス）配管は図４に示されている様にフェラルを用いない接続である。図4A は MarvelX 配管であり，配管の両端は直径1/16”のステンレススチールチューブで配管自体は直径 1/32” のステンレススチールチューブである。オシネジは切れ目が入っており，脱着出来るようになっている。配管先端は PEEK 樹脂が 0.1mm 程度出ており，この PEEK 樹脂はカラム管エンドのフィッティング部に突き当り密着する。図
4B，4C は配管先端をカラム管エンドに装着する状態を示しており，B はまだ締め付け途中であり，配管先端は浮いた状態であるが C では配管先端が密着している。スパナを用いず手締めだけで装着でき，しかも 130 MPa の耐圧が確認されている。
配管内径は 25 µm，50 µm，75 µm，100 µm，125µm，254 µm の 6 種類が，配管長さは 70 mm，150 mm，250 mm，350 mm，500 mm，600 mm

図４ MarvelX 配管とカラム管エンドフィッティングへの装着
A は MarvelX 配管と配管先端，B はカラム管エンドフィッテ
ィングに配管を装着する途中，C は装着終了。

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が供給されている。又配管内部を PEEK 樹脂にした PEEK-Lined Stainless Steel のバイオコパチブ
ル仕様とステンレススチールのみの通常仕様の 2種類の配管素材が用意されている。樹脂素材は力を加える事により，徐々に変形し，配管接続部の耐圧が低くなるが，MarvelX はステンレススチールで配管外側が覆われているため，配管を押す力に対し，

図５

MarvelXACT 配管

接面部の PEEK 樹脂は外側に広がる事がないため，繰り返し使用出来る回数が増える。更に誰が行っても同じ様に締め付けが出来る配管として MarvelXACT（マーベルエグザクト）も市販された。図 5 にその外観を示す。オシネジは配管に固定されているが，ある一定のトルクでオシネジが空回りする機構が設けられ，締め過ぎを防止している。
HPLC/UHPLC で用いられる配管は先端断面がきれいにカットされ，孔のつぶれや変形がない事が重要である。MarvelX 及び MarvelXACT 配管も同様で，クロマニックテクノロジーズでは，図 4A に示されている様に，全ての MarvelX 及び MarvelXACT の配管先端の写真を撮り，詰まり，ごみの付着がない事をで確認して出荷している。

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MarvelX 配管の使用例
UHPLC では高圧条件下で操作されるため，高耐圧の配管が必要となる。一般的なステンレススチール配管

では内径を最も小さくしたとても 0.1 mm までであるが，MarvelX 及び MarvelXACT 配管は 0.025 mm まで内径を小さくする事が出来る。図 6 にインジェクター以降の配管の内径を細くする事によるピーク形状の変化1)を示す。粒子径 2 µm コアシェル C18（SunShell C18）を充塡した内径 2.1 mm、長さ 50 mm のカラムを用いた。上段は内径 0.1 mm のステンレススチール（SUS）及び内面フューズドシリカ（PEEKSil）の配管を、下段は内径 0.075 mm の MarvrlX （内面 PEEK）配管を用いた。配管の全長は両配管とも同じ 500 mm である。配管の内径が 0.1 mm から 0.075 mm に細くなる事により、最初に溶出するウラシル（ピーク 1）の理論段数は 1208 段から 3593 段に向上した。ピークの半値幅は 0.0094 分から 0.0051 分へと 0.0043 分狭くなった。又、アセナフテン（ピーク 3）も同様に理論段数は 13589 段から 15153 段へと 12 %向上した。4 本のピークとも理論段数は向上し、テーリングファクターは減少した。特に早く溶出するピーク容量の小さいピーク程、顕著であった。カラム外の配管の容積が減少する事により、この配管内での成分の拡散が抑えられ、ピーク幅が狭くなると同時にテーリングも抑制されたと考えられる。内径 2.1 mm のカラムは通常は内径 0.1 mmの配管が使用されるが、カラム長さ 50 mm で 15000 段近い理論段数を発揮するカラムでは内径 0.1 mm の配管でも大き過ぎ、内径 0.075 mm 配管を使用する事でそのカラムのもつ本来の性能に近付く。ここで用いた内径 0.075 mm の MarvelX 配管は、内径 0.025 mm まで利用出来るが、配管のみに掛かる背圧は内径の 4 乗に反比例するため、内径を 0.075 mm から 0.025 mm に 1/3 のサイズに変更すると配管に掛かる背圧は 81 倍になる。配管の容積を減らす目的で内径を細くし過ぎると、配管に掛かる背圧が大きくなり過ぎる事があるので注意が必要である。図 6 の下段の内径 0.075 mm の条件では、合計 500 mm の長さの配管のみで 7.8 MPa の背圧が掛かっており、仮に内径 0.025 mm の配管にすると、81 倍の 631 MPa の背圧が配管のみに掛かる事になる。

図６ 配管の内径と段数の関係
カラム，SunShell C18, 2 µm 50 x 2.1 mm i.d.；移動相, アセトニトリル/水=60/40；流速，0.6 mL/min；カラム温度，室温；検出，UV250 nm；注入容量，0.4 μL；ピーク，1=ウラシル，2=エチルベンゼン，3=アセナフセン 4=ブチルベンゼン，配管内径は図中に表示。

7まとめ
本稿で紹介した様に，カラム管エンドフィッティング仕様に合った配管接続をする事はカラム性能を発揮させるために重要である。又，各社のエンドフィッティング規格は目に見えない部分での違いがあり，その違いを十分理解して使用する事も重要である。MarvelX のようなフェラルを用いない配管はカラム管エンドフィ
ッティング規格に依存せず，更に MarvelXACT は誰でも同じトルクで締め付けが出来る便利な配管である。
内径 2.1mm カラムは特にカラム外容積が性能に大きく影響するため，高圧下で使用出来る内径が 0.075 mmの MarvelX や MarvelXACT を用いる事により本来のカラム性能が発揮された。

文献
1) 長江徳和，LC と LC/MS の知恵，第 2 号，6-25 (2021).

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