日本発(初)！コアシェル型C18：
全多孔性充填剤の限界を超えた性能
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
1コアシェル充填剤とはSuperficially porous particle

コア（核）の周りに多孔質層が存在

粒子径によりカラム圧は決まり，粒子径の２乗に反比例してカラム圧は高くなる
同じ粒子径の全多孔性の粒子に比べ，コアシェル粒子は多孔質層が薄いため，溶質の拡散距離が短くなり，速く平衡化するため，段数が高くなる
つまり，コアシェルは3mm粒子の圧力と同等であるにもかかわらず，サブ2mmの性能を発揮する
2

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

3

SunShellシリカのコアシェル構造の概略図
0.5 mm

0.5 mm

2.6 mm

2.6 mmコア

コア1.6 mm

多孔性シリカ部

粒子径：2.6 mm，コア径：1.6 mm，多孔質層の厚さ：0.5 mm
細孔容積：0.30 mL/g，比表面積：150 m2/g，細孔径：9 nm
多孔性シリカの体積の割合：77%4粒度分布の比較
Sunniest, 2 mm

SunShell, 2.6 mm
Company A, 2 mm

5

全多孔性とコアシェル型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 oCSample : Naphthalene

4200510Mobile Phase Velocity, mm/sec156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

：

：

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

7

A項が小さくなる
粒度分布の広い充填剤（一般的な全多孔性シリカ）

粒度分布の狭充填剤（コアシェルシリカ）

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8『拡散による物質移動（の遅れ）』はC項に関係している
18

Fully porous 5 um

16

Fully porous 3 um
Fully proous 1.8 um

Plate Height, um

14Core Shell 2.6 um

12108642002468Mobile Phase Velocity, mm/sec

9インピーダンスタイム

t0/N2

カラム圧が一定の場合のt0（保持がないときの溶出時間）はN２（理論段数の２乗）に比例する

t0 ∝N2t0 = A・N2t０

理論段数

カラム長さ

カラム圧

10,00015 cm

10 MPa1.0 mL/min

100 S

20,00030 cm

20 MPa1.0 mL/min

200 S

20,00030 cm

10 MPa0.5 mL/min

400 S

10 MPaの一定圧力条件で，理論段数(N)を2倍にするためにはカラム長さを2倍にし，流速を1/2にしなければならない。
Desmet et al. Anal. Chem. 77，4058 (2005).

流速A = t0/N2t0は4倍になる

10コアシェル型充填剤と全多孔性充填剤のt0/N2（インピーダンスタイム）とN（理論段数）との関係10005 mm

3 mm 2 mm

t0/N2 (nS)

1.4 mm10010Core Shell 2.6 mm

t0=10000 s
t0=1000 s

13,162,278

t0=100 s

316,228
1,000,000

t0=10 s100,000

40 MPat0=1 s31,623

10,0003,162N

評価条件：圧力40 MPa，flow resistance parameter Φ=700，移動相粘度 η= 0.00046 Pa
s，溶質の拡散係数 Dm = 2.22×10-9 m2/s，粒子充填型カラムにおける Knox 式 h = 0.65ν1/3+ 2/ν + 0.08 ν，粒子径 (dp) 1.4，2，3および5mm

11

全多孔性シリカとコアシェル型シリカ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P社 C18, 2.6 mm

340 m2/g

150 m2/g

Effective 200 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

01.3401.3602) カフェイン

1.90

0.12

1.46

0.09

1.490.103) フェノール

2.17

0.28

1.65

0.23

1.610.184) ブチルベンゼン

13.35

6.85

10.87

7.116.193.555) o-ターフェニル

19.19

10.29

15.49

10.56

8.154.996) アミルベンゼン

19.96

10.74

16.56

11.36

8.75

5.437) トリフェニレン

24.35

13.32

21.95

15.38

9.44

5.94

1SunShell C18 2.6 mm

234576

移動相: Methanol/water(75:25)
温度: 40oC
カラム: 150 x 4.6 mm
流速: 1.0 mL/min

12標準試料の保持比較
752 31462 341126

SunShell C18
43Column:
Company P C18, 2.6 mm 150 x 4.6 mm
Company P C18
Company S C18, 2.7 mm 150 x 4.6 mm
SunShell C18, 2.6 mm 150 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3OH/H2O=75/25
Flow rate: 1.0 mL/min
Temperature: 40 ºC
57Sample: 1 = Uracil, 2 = Caffeine, 3 = Phenol, 4 = Butylbenzene
Company S C18
5 = o-Terphenyl, 6 = Amylbenzene, 7 = Triphenylene

水素結合性疎水性(Caffeine/Phenol)(Amylbenzene/Butylbenzene)(Triphenylene/o-Terphenyl)

Company P C180.48

1.541.20

Company S C180.44

1.60

1.31

SunShell C180.39

1.60

1.46756立体選択性

13コアシェルC18の酸性条件での耐久性耐久性試験条件

相対保持(%)

100P company C18

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

S company C18

保持時間測定条件

SunShell C18

Column size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 40 ºCSample: 1 = Uracil
2 = Butylbenzene

806040200020406080

通液時間 (h)10012014コアシェルC18のアルカリ性条件での耐久性

相対理論段数(%)

1008060
P company C1840

S company C18
SunShell C18

20001,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

移動相通液量(mL)

耐久性試験条件
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
理論段数測定条件
Column Size: 50 x 2.1 mm
Mobile phase:
CH3OH/H2O=70/30
Flow rate: 0.4 mL/min
Temperature: 40 ºCSample: 1 = Butylbenzene
15コアシェルC18の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
4000

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

Sunniest
C18 3mm(fully porous)
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

16コアシェルC18の標準試料の分離例

2021Plates(3)=38,000
346Retention time/min

HPLC使用0Column: SunShell C18, 2.6 mm 150 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=70/30
Flow rate: 1.0 mL/min
Pressure: 13.5 MPa
Temperature: 25 ºCUHPLC使用

134Sample: 1 = Uracil
2 = Toluene
10
3 = Acenaphthene
4 = BUtylbenzene

8Plates(3)=31,000
422

UHPLCとHPLCの比較

46Retention time/min

81017

イソクラティック溶離例

5mm,3 mmC18からの移行

Mobile phase:CH3CN/20mM Phosphoric acid = 45/55
Flow rate: 1.0 mL/min, Temperature: 25 ºC, Detection: UV230 nm
Pressure: 9.5 MPa for Brand F C18 5 mm, 13.4 MPa for SunShell C18 2.6 mm
Sample: 1 = Benzydamine, 2 = Ketoprofen, 3 = Naproxen, 4 = Indomethacin, 5 = Ibuprofen
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE (内径0.25mmの配管仕様）

18

イソクラティック溶離例

UHPLC

Column: 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
Temperature: 25 ºC
Pressure 13.4 MPa Detection: UV230 nm
Sample: 1 = Benzydamine, 2 = Ketoprofen, 3 = Naproxen, 4 = Indomethacin, 5 = Ibuprofen
UHPLC: Jasco X-LC

19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 min
25%

0 min
2%

7.5 min25%

10 min25%for SunShell C18
Time%B

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 = Epicatechin gallate,
9 = Catechin gallate
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE（内径0.25mmの配管仕様）
UHPLC: Jasco X-LC
20

高速分離例
72431856Column: 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 (MaxAbs.).
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.

21標準試料の分離比較
1243122,32,31SunShell PhE (phenyethyl)5654775SunShell C182Hydrophobicity

C18-WP

0.40

1.55

1.35

RP-Aqua

0.48

1.57

1.41

PhE

1.00

1.38

0.93

PFP

1.00

1.31

2.38

C80.32

1.46

1.08

C18

0.39

1.60

1.46

(Caffeine/Phenol)

SunShell C8646

30

Hydrogenbonding

SunShell PFP

622Column dimension: 150 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3OH/H2O=75/25
Flow rate: 1.0 mL/min
Temperature: 40 ºC
Sample: 1 = Uracil, 2 = Caffeine,
3 = Phenol, 4 = Butylbenzene
5 = o-Terphenyl, 6 = Amylbenzene,
7 = Triphenylene

731SunShell RP-Aqua

6754SunShell C18-WP (16nm)
744165317546810121416

Retention time/min

18202224(Amylbenzene/Butylbenzene)

Stericselectivity(Triphenylene/oTerphenyl)

22

まとめ
コアシェル型充填剤は全多孔性充填剤の1.5倍の理論段数の性能を有する。(2.6 mmのコアシェルはsub 2 mmの全多孔性と同じ理論段数になる)
2.6 mmのコアシェル型充填カラムは，sub 2 mmの全多孔性の1/2以下のカラム圧となるため同一圧力条件下ではsub 2 mmの2倍以上の理論段数を示す。
コアシェル型充填カラムは、HPLC、UHPLCどちらにおいても使用可能である。
今後、コアシェル型充填剤は広い分野において使用されていくことが予想される
23