コアシェルカラムでも2μm
Sub2μmを超えるその性能
クロマニックテクノロジーズ
塚本友康，小島 瞬，長江徳和
Email: info@chromanik.co.jp
http://chromanik.co.jp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）
Halo（AMT）
Capcell Core（資生堂）
Kinetex （フェノメネックス）
Kinetex Aeris（フェノメネックス）
Ascentis Express（シグマアルドリッチ）
BioSehll（シグマアルドリッチ）
PoroShell（アジレントテクノロジ－）
Accucore（サーモフィッシャー）
Nuculeoshell（ナーゲル）
Brownlee SPP（パーキンエルマー）
Blue Shell（KNAUER）
Cortecs （Waters）
Raptor （Restek）
Ultracore (Ace)
SpeedCore (Fortis)
Coresep (Sielc)
COSMOCORE (Nacarai)
Meteoric Core (YMC)
InertCore (GLサイエンス)
ReproShell (Dr.Maisch)ClassicShell (Kromasil): C18, PFP, C8, RP-Aqua, C4-30, C8-30: C18, PFP, CN, PentaHILIC, BioClass: C18, PFP, AQ, PC: C18, PFP, C8, XB-C18, HILIC, EVOC18: C18, C8, C4 (タンパクペプチド分析用): C18, F5(PFP), C8, OH5, RP-Amide: C4, C8, C18: C18, C8, CN, SB-AQ, HPH-C18: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, aQ, RP-MS: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, HILIC: C18, PFP, C8, Amide, HILIC: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, C18A, HILIC: C18, C18+, HILIC: Biphenyl, ARC18: C18, Phenyl-Hexyl: C18, PFP, Diphenyl, HILIC: Mixmode: C18, Cholester: C18, C8, C18Bio
: C18
: C18
: C18, C8(固定相は抜粋)

市販されているコアシェル粒子

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

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 (非公開あり)

比表面積100 – 120 m2/g

90 – 150 m2/g,40 m2/g

15 m2/g (非公開あり)

90 m2/g (非公開あり)

多孔質％

58 – 78%

58 - 77％27％

60%

コアシェル粒子
2.6 μm

5 μm for routine
0.6 μm

0.5 μm
2.6 μm 1.6 μm

CoreCore

3.4 μm
4.6 μm

3.4 μm for protein
0.2 μm2 μm
0.4 μm
3.4 μm

3.0 μmCore2 μm

1.2 μmCore

微粒子化のメリット，デメリット• HPLC，UHPLC両方で使用可能• UHPLCでのみ使用可能• 圧力が高圧に• 時短，理論段数の両立が難しい場合がある• 高速化，高理論段数化が可能• 短いカラムで分離可能に

2.6μmコアシェルカラムとの比較
コアシェル型シリカ
SunShell C18, 2 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 mm120 m2/g

130 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

0.91

00.89

01.3002) カフェイン

1.00

0.10

0.98

0.10

1.410.083) フェノール

1.12

0.23

1.10

0.24

1.57

0.214) ブチルベンゼン

7.04

6.74

7.04

6.91

8.93

5.875) o-ターフェニル

10.02

10.01

10.04

10.28

12.76

8.826) アミルベンゼン

10.64

10.69

10.66

10.98

13.43

9.337) トリフェニレン

13.68

14.03

13.60

14.28

16.76

11.89

相対値アミルベンゼン

100%

100%

100%

103%

-87%

多孔質層の割合78%

移動相: Methanol/water(75:25)
温度: 40oC
カラム: 100 x 2.1 mm(2μm, 2.6μm), 150 x 4.6mm(5μm)
流速: 0.2 mL/min or 1 mL/min

77%

60%

用いたカラム
コアシェル粒子
SunShell C18 2 μm, 2.1 x 100 mm
Ascentis Express C18 2 μm, 2.1 x 100 mm
Kinetex C18 1.7 μm, 2.1 x 100 mm
全多孔性粒子Acquity BEH C18 1.7 μm, 2.1 x 100 mm
Titan C18 1.9 μm, 2.1 x 100 mm
UHPLC: X-LC （日本分光）

アセトニトリル・水移動相を用いた段数とカラム圧
324132413243412Company S
Core Shell C18Company PCore Shell C18

12SunShell C18

31Acenaphthene
TheoreticalTailing
platefactor

Company WC18

SunShell C18

Company S
Monodisperse C18

Company SCore Shell C18
Company P
Core Shell C18

4Retention time/min

Column: SunShell C18, 2 μm 100 x 2.1 mm
Company S Core Shell C18, 2 μm 100 x 2.1 mm
Company P Core Shell C18, 1.7 μm 100 x 2.1 mm
Company W C18, 1.7 μm 100 x 2.1 mm
Company S Monodisperse C18, 1.9 μm 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 0.5 mL/min
Temperature: 40 ºC
Sample: 1 = Uracil, 2 = Ethylbenzoate, 3 = Acenaphthene,
4 = Butylbenzene
Pressure(MPa)

Theoretical plate/pressure(MPa-1)

29,721

1.04

48.5

613

25,533

1.19

53.5

477

24,7000.97

53.8458

Company W C18

14,511

1.01

54.1

269

Company S
Monodisperse C18

26,592

1.05

43.9605標準試料の分離
12SunShell C18

k6=10.7

32Company S
Core Shell C18

34

1 2Company P
Core Shell C18

154341 231 2
367 k6=9.8

56757Column: SunShell C18, 2 μm 100 x 2.1 mm
Company S Core Shell C18, 2 μm 100 x 2.1 mm
Company P Core Shell C18, 1.7 μm 100 x 2.1 mm
Company W C18, 1.7 μm 100 x 2.1 mm
Company S Monodisperse C18, 1.9 μm 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3OH/H2O=75/25
Flow rate: 0.2 mL/min
Temperature: 40 ºC
Sample: 1 = Uracil, 2 = Caffeine, 3 = Phenol, 4 = Butylbenzene
5 = o-Terphenyl, 6 = Amylbenzene, 7 = Triphenylene

k6=7.46

Company W C184Company S
Monodisperse C1857

k6=7.7

k6=11.5

Retention time/min5

疎水性

立体選択性(Caffeine/Phenol)(Amylbenzene/Butylbenzene)(Triphenylene/o-Terphenyl)

0.43

1.59

1.41

0.37

1.59

1.38

0.45

1.57

1.17

Company W C18

0.35

1.55

1.30

Company S
Monodisperse C18

0.53

1.58

1.16

SunShell C1864

水素結合性67Company S
Core Shell C18
Company P
Core Shell C18

ピリジンピーク
SunShell C18

Company S
Core Shell C18
Company P
Core Shell C18

Company W C18

Company S Monodisperse C18

3Column dimension: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3OH/H2O=30/70
Flow rate: 0.2 mL/min
Temperature: 40 ºC
Detection: UV@250nm
Sample: 1 = Uracil
2 = Pyridine
3 = Phenol

オキシンピークN1=19,217
TF1=1.59

N1=5,856
TF1=2.32

2

1

SunShell C18

2Company S
Core Shell C18

12

N1=16
TF1=5.50

1Company P
Core Shell C182

N1=1,052
TF1=3.83

Company W C181

N1=86
TF1=4.96

Company S Monodisperse C18
1Retention time/min

2Column dimension: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/20mM H3PO4=10/90
Flow rate: 0.2 mL/min
Temperature: 40 ºC
Detection: UV@250nm
Sample: 1 = 8-Quinolinol (Oxine)
2 = Caffeine

ギ酸ピーク213

N1=7,695
TF1=1.43

SunShell C182

N1=2,655
TF1=3.16

N1=6,604
TF1=1.55

3121132Company S
Core Shell C18Company PCore Shell C183

N1=8,116
TF1=1.40

N1=7,538
TF1=2.16

Company W C18

12Company S
Monodisperse C18

3Column dimension: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/0.1% H3PO4=2/98
Flow rate: 0.2 mL/min
Temperature: 40 ºC
Detection: UV@210nm
Sample: 1 = Formic acid
2 = Acetic acid
3 = Propionic Acid

アミトリプチリンのピーク
432

N4=21,053
TF4=1.08

1241332Company S
Core Shell C18

N4=10,157
TF4=3.04

Company PCore Shell C1821121Retention time/min2Company S
Monodisperse C18

N4=6,374
4
TF4=4.69

3Retention time/minCH 3NHOHCH 3NHCH3CH3

N4=14,555
TF4=1.27

Retention time/min234

N4=9,371
TF4=4.72

Retention time/min

Column dimension: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/20mM Phosphate buffer pH 7.0=60/40
Flow rate: 0.3 mL/min
Temperature: 40 ºC
Detection: UV@250nm
Sample: 1 = Uracil, 2 = Propranolol, 3 = Nortriptyline, 4 = Amitriptyline
O431Company W C18

N4=7,059
TF4=4.39432

N4=18,722
TF4=1.08

N4=6,778
TF4=3.58

434311SunShell C18

N4=7,440
TF4=3.34

N4=21,096
TF4=1.18

3142142NCH3Column dimension: 100 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/10mM ammonium acetate pH 6.8=40/60
Flow rate: 0.3 mL/min
Temperature: 40 ºC
Detection: UV@250nm
Sample: 1 = Uracil
2 = Propranolol
3 = Nortriptyline
4 = Amitriptyline

酸性条件での耐久性
100▲

▲

▲

▲

相対保持時間/%8060

Durable test condition
Column size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase:
CH3CN/1.0% TFA, pH1=10/90
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 80 ºC

SunShell C1840Company S C18
Company P C1820Company W C18
Company S monodispers C180020406080

通液時間/h100120Measurement condition
Column size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 40 ºC
Sample: 1 = Uracil
2 = Butylbenzene

アルカリ性条件での耐久性

Durable test condition
Column size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3OH/20mM Sodium
borate/10mM NaOH=30/21/49 (pH10)
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 50 ºC

相対理論段数/%1008060
SunShell C18

40Company S C18
Company P C18

20Company W C18
Company S monodisperse C18001,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

通液量/mL

Measurement condition
Column size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3OH/H2O=70/30
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 40 ºC
Sample: 1 = Butylbenzene

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 C18

5000

SunShell C18
00.1

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,

0.50.60.7

摩擦熱の発生

9分後

カラム末端の表面温度/℃

通液開始
40カラム：コアシェル, 2.6 μm 150 x 4.6 mm
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1015

粒子の熱伝導性O
H2 O
O H2SiSiCOCOCSiSiCO
H2H2O H2O H2 O
SiCCSiOCSiSiC
H2 O
H2OO

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

カラムを上手に使うには・・
粒子径の小さいカラムを使うにあたって・・・・
カラムは小サイズ化

カラム内拡散が小さい

ピークの溶出は早く，高理論段数化得られるクロマトグラムのピークボリュームが小さい

物質移動速度が速い

装置のチョットした容量が結果に影響することに配管の影響
耐圧：130MPa
メタルフリー対応
SunShell C18 2.6 μm, 50 x 2.1 mm
32Efficiency
14Tailing factor
00.511.522.533.544.55 minConnecting tube
Injector→Column: Marvel X, 0.075 mm i.d., 350 mm length
Column→Flow cell of UV: Marvel X, 0.075 mm i.d., 150 mm length

Peak width,h0.5 (min)Column: SunShell C18, 2.6 μm 50 x 2.1 mm
Mobile phase: Acetonitrile/water=60/40, Flow rate:0.30 mL/min
Temperature: RT, Detection: UV@250 nm, Injection volume: 0.4 μL
Sample: 1=Uracil, 2=Ethylbenzene, 3=Acenaphthene, 4=Butylbenzene

Peak No.
12341234
1234SUS
1107
6852
10976
10768
0.939
1.320
1.057
1.041
0.02010.0246
0.05130.0783

Marvel X
2614
10146
11907
11129
0.913
1.210
1.037
1.051
0.01240.01990.04930.0772

配管の影響2

Connecting tube
Injector→Column: SUS, 0.1 mm i.d., 300 mm length
Column→Flow cell of UV: PeekSil, 0.1 mm i.d., 200 mm
length3SUS 0.1mm
421

Measurement condition
Column:Mobile phase:
Flow rate:
Temperature:
Detection:
Injection volume:
Sample:min
3

Marvel X
2SunShell C8, 2.6 μm
30 x 2.1 mm
Acetonitrile/water=60/40
0.30 mL/min
RTUV@250 nm
0.4 μL
1=Uracil
2=Ethylbenzene
3=Acenaphthene
4=Butylbenzene

SunShell C8 2.6 μm, 30 x 2.1 mm
4Efficiency
1

minConnecting tube
Injector→Column: Marvel X, 0.075 mm i.d., 350 mm length
Column→Flow cell of UV: Marvel X, 0.075 mm i.d., 150 mm
lengthTailing factor

Peak width,h0.5 (min)Peak No.
123412341234SUS473239543774991
1.225
1.395
1.266
1.118
0.02050.0246
0.03380.0463

Marvel X
14055245
60305536
1.037
1.235
1.062
1.028
0.01190.01660.02880.0440まとめ
各カラムの理論段数は大きく異なり，最大2倍の差があり，CompanyWは他に比べ低い理論段数であった。また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。
金属配位性のオキシンピーク形状はカラム間に大きな差があり，
Company P およびCompany S Monodisperseは100段以下の段数となり，金属不純物の影響が非常に高いことが確認された。
酸性化合物のギ酸ピークはCompany S Core Shellのみひどくテーリングした。
塩基性化合物のアミトリプチリンピークはSunShell とCompany Wがテーリングが少なかったが，他は段数が低くテーリングも大きかった。
耐酸性・耐アルカリ性もカラム間に大きな差が認められた。