コアシェルも全多孔性もC18カラムの上手な使い分け
クロマニックテクノロジーズ
塚本友康 佐藤誠 長江徳和
Email: info@chromanik.co.jp
http://chromanik.co.jp

コアシェルカラム
Manufacturer

12

Advanced
Chromatography
Technologies
Advanced Mterials
Technologies

BrandPorous layer
Particle size
Pore diameter Surface area
thickness(μm)(nm)(m2/g)(μm)

Bonded phase

UltraCore

2.5, 5

C18, Phenyl-hexyl

HALO

2.0, 2.7,3.4,4.6

0.2, 0.4, 0.5,
120, 135, 15,
9, 16, 40, 100
0.6
90

C18, C8, Phenyl-Hexyl, PFP, Cyano, RP-Amide, HILIC,
Pentahydroxy-HILIC, C4, Glycan

0.5110C18, C8130140, 90

C18, C8, Phenyl-Hexyl, PFP, SB-Aq, Cysno, HILIC
C18, AQ, C8，C3, Phenyl-hexyl, PFP, Amide(HILIC)

9.5

130

3

AkzuNobel

Kromasil ClassicShell/
EternityShell

2.5

45

Agilent Technologies
Chrom4

PoroShell
Isosceles

1.9, 2.7, 4, 5 0.25, 0.5
2.6, 4.6
0.5, 0.66

ChromaNik
Technologies

SunShell

2.0, 2.6, 3.4, 0.2, 0.4, 0.5, 9, 12, 16, 30,
4.6
0.6
100

150, 90, 40,15, C18, RP-AQUA, C8, PFP, Pnenyl-Hexyl, 2-Etheylpyridine, HILIC22Amide, C30, Hexafunctional C18, C47891011Dr MaischFortis Technologies
GL SciencesInterchim
KnauerPeproShell
SpeedCore
InertCore
Uptisphere CS Evolution
BlueShell

2.62.6, 3.5, 5
2.4
2.62.6, 4.5

140100130130

C18C18, C18-Amide, C18-PFP, Diphenyl, PFP, HILIC C8, C4
C18C18, C18 AQ, RP/SCX, HILIC, SILICA
C18, C812Merck (supelco)

Ascentis Express/
BioShell

2.0, 2.7, 3.4, 0.2, 0.4, 0.5,9, 16, 40,50.6

120, 135, 80,15, 90

C18, C8, C4, RP-Amide Phenyl-Hexyl, Biphenyl, Cyano, PFP,Pentahydroxy-HILIC

13141516

Macherey-Nagel
Nacalai Tesque
Nanologica
Perkin Elmer

NucleoShell
CosmoCoreSVEA CoreBrownlee SPP

2.7
2.6
2.6
2.7

9999, 16130
150
130

C18,Phenyl-Hexyl, PFP, HILIC
C18, Cholestrol, Pentabromobenzyl
C18, Phenyl-Hexyl
C18, C8, Phenyl-Hexyl, PFP, RP-Amide, HILIC

17

Phenomenex

Kinetex/ Aeris

1.3, 1.7, 2.6, 0.2, 0.23,
3.6, 50.35, 0.67

10, 20200

C18, C8, Phenyl-hexyl, PFP, Biphenyl, HILIC, C418
1920Restek
Sepax Technologies
Osaka Soda

2.7
2.6
2.7

0.5
0.5

999, 16, 30150
150
150

C18, Biphenyl, PFP, HILIC
C18C18, AQ, Adamantyl , Phosphocholine, PFP

21SCAS

2.6

0.5

9, 30

150, 40

C18, Poly(diphenylacetylene) derivative

22

Shimadzu

RaptorOpalshell
Capcell Core
Sumipax ODS Z-Shel
Sumichiral OA-Shell P1
Shim-pack Velox

1.8, 2.7, 5923

SIELC Technologies

Coresep

2.79242526

Thermo Scientific
WatersWelch

Accucore
Cortecs
Boltimate

2.6, 4
1.6, 2.7
2.70.26
0.58, 1599100, 125, 130 C18, Biphenyl, PFPP, HILIC
Mixed mode: RP + cation exchange, RP + anion exchnge, HILIC +ion exchange
130C18, C8, AQ, henyl-Hexyl, Phenyl, C30, PFP
100
C18, C8, Phenyl-Hexyl, HILIC
120
C18, Phenyl-Hexyl, PFP, HILIC

27YMC

Meteoric Core

2.7

0.5

8, 16150, 90

0.4
0.3
0.5
0.5

0.5
0.5
0.5
0.5

12, 309.5, 168, 16, 30
98.5
8C18, C8

違いは・・・

ノンポーラスシリカのコアがあるない

コアシェルシリカ

全多孔性シリカ全多孔性粒子と何が違う？
コアシェル

全多孔性素材シリカ

特徴

アルカリ条件に弱い粒度分布狭い広い

比表面積狭い(150㎡/gほど)

広い(340㎡/gほど)

構造

ノンポーラスの核と多孔質層多孔質

重量

重い

軽い

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

コアシェルシリカの電子顕微鏡写真
CP-SEM

粒子径: 2.6 μm
細孔径: 16 nm

粒子径: 2.6 μm
細孔径: 100 nm

粒子径: 3.4 μm
細孔径: 30 nm

コアシェルシリカ粒子を樹脂包埋し、Arイオンミリングにより断面加工し、導通処理のためOs(オスミウム)蒸着して観察しました。コア（フューズドシリカ）とその周りの多孔質層が確認できます。

市販されているコアシェル粒子

コア

粒子径

1.3‐2 μm

2.4‐2.7μm

3.4 - 3.6 μm

4 - 5 μm

細孔径

9 - 10 nm

8 - 16 nm, 30 nm, 100 nm

20 - 40 nm

8 - 12 nm

多孔質層0.22 - 0.4 μm

0.3 - 0.5 μm

0.2 - 0.5 μm

0.?- 0.6 μm

90 – 150 m2/g,
25 – 40 m2/g

15 m2/g

90 m2/g58 - 77％27％60%

比表面積 100 – 120 m2/g
多孔質％

58 – 78%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 μm

コアシェル型シリカ
SunShell C18, 2.6 μm

コアシェル型シリカ
SunShell C18, 5 μm

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

0.121.460.09

1.410.083) フェノール

2.170.28

1.650.23

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

10.5612.768.826) 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 μm
コア径：3.4 μm
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全多孔性とコアシェルの理論段高さの比較
1816

Fully porous 5 um

Plate Height, um

14

Fully porous 3 um

12

Fully proous 1.8 um

10Core Shell 2.6 um

8Fully porous 2.6 um

6Column: C18, 50 x 4.6 mm
Mobile phase:
Acetonitrile/water=(60/40)
Temperature: 25 oC
Sample : Naphthalene

4200510

Mobile Phase Velocity, mm/sec

15低流速時の理論段高さ
Column: SunShell C18 2.6 μm, 50 x 2.1 mm
totally porous 2 μm 50 x 2.1 mm
Mobile phase: Acetonitrile/water=(60/40)
Sample : Naphthalene

Plate height (μm)

201625℃ core shell 2.6 um

2倍以上の差1240℃ core shell 2.6 um
40℃ totally porous 2um

84

ほぼ同じ理論段高さ（段数）000.2

0.40.6

Flow rate (mL/min)0.81

カラム長さと理論段数
理論段数が約20,000段になるカラム長さと粒子径
全多孔性カラム

コアシェルカラム

粒子径長さ

圧力

5 µm

250 mm

低3 µm

150 mm中Sub 2 µm

100 mm

高2.6 µm

100 mm

中5 µm

150 mm低同じ理論段数でも、長さが短いカラムは分析時間が短縮可能

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

HPLCN(4)=19,313

3123

1054

SunShell C18, 2.6 μm 100 x 4.6 mm
4 5224N(4)=20,287

分析時間1/368101214Retention time/min

1618

20

1542122N(4)=20,287305mm C18からの移行

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

6Retention time/min

3UHPLC 1N(4)=24,124

1.0 mL/min

254

3

1.8 mL/min

120

14

2N(4)=22,424

53Retention time/min

5 μm, 250x4.6mmカラムに比べ分析時間1/64524Column:
Brand F C18, 5 μm 250 x 4.6 mm
SunShell C18, 2.6 μm 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

コアシェル粒子の多様性
コアシェル

全多孔性

素材

シリカ

ポリマー、シリカ

粒子径1.3 ～ 5 µm

1.5 ～ 10 µm

細孔径

8 ～ 100 nm

0 ～ 100 nm

比表面積15 ～ 150 ㎡/g～ 400 ㎡/g

多孔質層

0.2 ～ 0.6 µm

-

重量

重い

軽い

多孔質層の厚さを変えることでより適した粒子を選択可能に多孔質層の厚さが異なるコアシェルカラムの比較
Column: SunShell C8-30, 2.6 μm (30 nm, 0.5 μm layer) 100 x 2.1 mm, Sunshell C8-30HT, 3.4 μm (30 nm, 0.2 μm layer) 100 x 2.1 mm
Mobile phase: A) 0.1% TFA in water B) 0.08 % TFA in Acetonitrile
Gradient program: Time 0 min 5 or 35 min%B
20%65%
高速分離においては多孔質相が薄いほう
Flow rate: 0.5 mL/min , Temperature: 60 or 80 oC, Detection: UV@215 nm,が分離が良好
Sample:1 = Cytochrome C, 2 = Lysozyme, 3 = BSA, 4 = Myoglobin, 5 = Ovalbumin
0.5W =0.87 sec2W0.5=0.93 sec
135480 oC and 5 min gradient
SunShell C8-30HT 3.4 μm (0.2 μm)
SunShell C8-30 2.6 μm (0.5 μm)

W0.5=4.8 sec

80 oC and 35 min gradient

W0.5=4.2 sec

SunShell C8-30HT 3.4 μm (0.2 μm)
SunShell C8-30 2.6 μm (0.5 μm)
05101520Retention time/min

Surface area works well for separation.

25

高分子用カラム
Column: SunShell C4-100, 2.6 μm (100 nm, 0.5 μm layer) 100 x 2.1 mm,Mobile phase: A) 0.1% TFA in water B) 0.085 % TFA in Acetonitrile
Gradient program: Time 0 min
30 min%B 30%
45%
Flow rate: 0.4 mL/min , Temperature: 80 C
Detection: UV@215 nm,Sample: IgG purified by Protein G column○024681012Retention time/min

14161820

コアシェルカラム３大イメージ
全多孔性シリカカラムと比べてコアシェルカラムは圧力が低い
保持が小さい負荷量が少ない本当??

カラムの背圧
カラムの背圧は粒子径の2乗に反比例
HPLC

Brand F C18, 5 μm 250 x 4.6 mm

N(4)=19,313

3129.5 MPa
02468101214Retention time/min

161820

SunShell C18, 2.6 μm 100 x 4.6 mm

0113.4 MPa

222224N(4)=20,287

315434554Mobile phase:
CH3CN/20mM Phosphoric acid = 45/55
Flow rate: 1.0 mL/min,Temperature: 25 ºC
Detection: UV@230 nm
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE（内径0.25mmの配管仕様）

2.6 μmでは5 μmの約3.7倍の圧になる
9.5MPa × 3.7 ×100/250 = 14.1MPa

6Retention time/min

粒子径に準じた背圧

単位圧力あたりの段数比較
PlatesPressure(MPa)

Plates/pressure

Sunniest C18-HT 2.0 μm

9,90016.7593

Brand A C18 1.9 μm

7,660

16.3470

Brand B C18 1.8 μm

10,10019.6515

Brand C C18 1.7 μm

11,14032.0348

SunShell C18 2.6 μm

9,600

9.7990Sunniest C18-HT 2.0 μm
Brand A C18 1.9 μm
Brand B C18 1.8 μm

2～３倍Brand C C18 1.7 μm
SunShell C18 2.6 μm
05,00010,0000102030

0300

600

900

Column: 50 x 2.1 mm C18, Mobile phase: Acetonitrile/water=(70/30), Temperature: 25 oC

全多孔性シリカカラムと比べるとコアシェルカラムは圧力が低い

圧力は粒子径通りの高さだが理論段数は高い
Sub2 µmでは使用できない長さのカラムを使用可能

標準試料の分離比較
Column:Company P C18, 2.6 μm 150 x 4.6 mm (26.1 Mpa, 30,800 plate )CompanyP
C18
264
Company T C18, 2.6 μm 150 x 4.6 mm (22.7 Mpa, 31,600 plate)
26.1 MPa
113
Company W C18, 2.7 μm 150 x 4.6 mm (18.5 Mpa, 23,300 plate)27
Company A C18, 2.7 μm 150 x 4.6 mm (30.6 Mpa, 30,200 plate)51
k6=7.4Company
T
C18
Company S C18, 2.7 μm 150 x 4.6 mm (22.2 Mpa, 31,800 plate)
N6=31,600
6
3
422.7 MPa
SunShell C18, 2.6 μm 150 x 4.6 mm (21.8 Mpa, 31,900 plate)
Mobile phase: CH3OH/H2O=75/25
7
1 2 k6=7.75Company W C18 Flow rate: 1.0 mL/min
N6=23,300 46318.5 MPa
Temperature: 40 ºCSample: 1 = Uracil, 2 = Caffeine, 3 = Phenol, 4 = Butylbenzene
71 2 k6=9.0
55 = o-Terphenyl, 6 = Amylbenzene, 7 = Triphenylene
Company A C18
N6=30,200
7k6=5.4
N6=30,800

530244676SunShell C1821.8 MPa 48

水素結合性30.6 MPa

52 k6=9.7
1 3 N6=31,800
2316456718202224

疎水性

立体選択性(Amylbenzene/Butylbenzen (Triphenylene/o-Terphenyl)e)0.48

1.54

1.20

0.35

1.56

1.50

Company W C18

0.38

1.59

1.32

Company A C180.42

1.57

1.25

Company S C180.44

1.60

1.31

SunShell C18

0.39

1.60

1.46

Company S C18 Company P C18
22.2 MPa
Company T C18

k6=10.4
N6=31,900

101214
16
Retention time/min(Caffeine/Phenol)

物性値
炭素含有量
Carbonloading (%)

細孔容積
比表面積
Specific surface Pore volume aarea a (m2/g)
(mL)

細孔径
Pore diameter a(nm)SunShell C18

7.3

1250.261

8.34

Company S C188.01330.278

8.20

Company A C18

8.5

1350.414

12.3Company T C18

8.8

1300.273

8.39

Company W C18

7.3

1130.264

9.32

Company P C18

4.91020.237

9.25

a. C18充填剤を600℃で8時間焼成し，アルキル基を焼き飛ばした後のコアシェル粒子を測定しました。この測定値はオリジナルのコアシェル粒子の値より小さくなります。
*全ての測定はクロマニックテクノロジーズ社内で行いました。

アミトリプチリンの負荷量比較
Mobile phase: Acetonitrile/20mM phosphate buffer pH7.0=(60:40)
Column dimension: 150 x 4.6 mm, Flow rate: 1.0 mL/min, Temp.: 40oC

CH3N
CH3

316000

1TF=1.18

24

SunShell C18(core shell)

14000

Theoretical plate

10000
8000
6000

100 times

SunShell C18
Company A C18Sunniest C18 3um
Company P C18
Company T C18
Compnay W C18
Company S C18

TF=2.43

TF=3.21

2000

T C18(core shell)
W C18(core shell)

TF=3.170.01

Sunniest
C18 3μm(fully porous)
P C18(core shell)

TF=1.25

4000

00.001A C18(core shell)

TF=1.42

12000

0.1

110

S C18(core shell)

TF=4.38

Sample weight/μg0

理論段数はピークの高さの4.4%のピーク幅を用いる5シグマ法を用いました。

4.4%

12

3

56
7
4
Retention time/min

8910

Sample: 1=Uracil, 2=Propranolol,
3= Nortriptyline, 4=Amitriptyline

全多孔性シリカカラムと比べるとコアシェルカラムは保持が短い

保持時間は短いが保持指数はほぼ同じ
負荷量は少ないがその差は20%
コアシェルカラムは保持時間・負荷量共にメーカ間の差が大きい

負荷量が小さくなるということは・・
分取する場合・・・

コアシェルカラムの分取は・・・• できるだけ負荷量を取る• ピーク幅が広いことが多い• ピーク形状が悪い時もある• コストがかかる• 回収効率が20%程度さがる• コアシェルを使うメリットが少ない

分取においては全多孔性カラムのほうが向いている微粒子化のメリット，デメリット• HPLC，UHPLC両方で使用可能• 時短，理論段数の両立が難しい場合がある• UHPLCでのみ使用可能• 圧力が高圧に• 高速化，高理論段数化が可能• 短いカラムで分離可能に流速による理論段数変化
35000

30000

理論段数

25000

流速が上がるにしたがって理論段数も上がるはず…

20000

15000

10000
Totally porous hybrid C18
Totally porous monodisperse C185000

SunShell C1800.1

0.20.30.4

流速 mL/min
Column: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Temperature: 40 ºC
Sample: Acenaphthene,

0.5

0.60.7

摩擦熱の発生

カラム末端の表面温度/℃

通液開始

9分後

40

カラム：コアシェル, 2.6 μmmm
移動相：メタノール
流速：5 mL/min
カラム圧：70 MPa
室温：23℃

35302520151005
通液時間/分

1015150 x 4.6

粒子の熱伝導性O
H2 O
O H2SiSiCOCSiOCSiSiCO
H2H2O H2O H2 OSiSiCCSiOOCSiSiC
H2 OH2OOコアシェルシリカはコアが存在し，全多孔性シリカより熱伝導性が良く，摩擦熱の影響を受けにくいため，より高い流速領域まで段数は上昇すると推測される。

全多孔性ハイブリッドシリカは，シリカ骨格に炭素鎖が入っているため，熱伝導性が悪く，カラム内の温度分布が均一でないため， 通常の全多孔性シリカより，低流速で摩擦熱が原因となる段数低下が起こったと推測される。

*Fabrice Gritti, Georges Guiochon, J. Chromatogr. A 1217 (2010) 5069.
A part of abstract
This unexpected result is accounted for by the three times
smaller heat conductivity of the BEH bed (BEH 0.25
W/m/K) than that of the Kinetex bed (Kinetex 0.75 W/m/K).

コアシェルシリカの熱伝導性はハイブッリドシリカの3倍まとめ コアシェルカラムは、特別圧力が低いわけではなく、近い性能を有する全多孔性シリカカラムと比較すると圧力は低い
 コアシェルカラムの保持は、同じ化学修飾をした全多孔性シリカカラムと比較すると、保持時間は短くなるが保持指数は変わらない コアシェルカラムのサンプル負荷量は、全多孔性カラムと比較すると20%減少する
 コアシェルC18カラムも従来の全多孔性C18カラムと同様にメーカー間，ブランド間に保持や負荷量に差があり、その差は大きい。
 2µm以下の粒子において、摩擦熱によると考えられる段数低下はハイブリッドシリカが顕著であった。