HPLC用単分散シリカのVan Deemter
プロットを用いた性能評価
Evaluation of Monodispersion Silica for High Performance
Liquid Chromatography using Van Deemter Plot（クロマニックテクノロジーズ）○長江 徳和, 塚本 友康
email: nagae@chromanik.co.jp

単分散全多孔性シリカ

Nano-Micro Technology Company のwebsiteより引用

使用したシリカの物性比較

シリカ

コアシェルシリカ

単分散全多孔性シリカ

通常の全多孔性シリカ

平均粒子径2.78 μm

2.81 μm

3.19 μm

分布幅D90/D10=1.11

D90/D10=1.09

D90/D10=1.48

細孔径

9 nm

10 nm

12 nm

使用したシリカの性能比較
コアシェルシリカ

単分散全多孔性シリカ

通常の全多孔性シリカ

平均粒子径2.78 μm

2.81 μm

3.19 μm

分布幅D90/D10=1.11

D90/D10=1.09

D90/D10=1.48

理論段数a20,50016,00012,200

理論段高さ(H)

4.88 μm6.25 μm 16% up 8.20 μm

還元理論段高さ(h=H/d)1.75

保持時間(ブチルベンゼン)

7.8 min

47% up2.22

2.57

9.6 min

9.8 mina: カラム, C18処理 100 x 2.1 mm; 移動相, アセトニトリル・水（60:40); 流速, 0.3 mL/min;
カラム温度, 25℃; 試料, ブチルベンゼン

Van Deemterの式
H
B項

C項

A項
A項 ： 多流路拡散、渦巻き拡散 ： 粒径をdpu

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 ： 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.
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Van Deemterの式
H
B項

C項

A項
A項 ： 多流路拡散、渦巻き拡散 ： 粒径をdpu

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 ： 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.
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Van Deemterの式
H
B項

C項

A項
A項 ： 多流路拡散、渦巻き拡散 ： 粒径をdpu

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 ： 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.
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Van Deemterの式
H
B項

C項

A項
A項 ： 多流路拡散、渦巻き拡散 ： 粒径をdpu

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 ： 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.
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Van Deemter Plotの比較
18

Plate Height, um

16

Fully porous 5 um

14

Fully porous 3 um

12

Fully proous 1.8 um
HC=0.044·52u10(H=1.08u+6)

SunShellCoreshell2.6
2.7umum86

HB=5/u (H=5/u + 4)42

HB=3.5/u (H=3.5/u + 2.7)

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

00510Mobile Phase Velocity, mm/sec

15

カラム軸方向への拡散の差１面積で30％がコア
細孔のないコアの存在『面積で30%）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(70%)
10Van Deemterの式のパラメータ1) コアシェルと全多孔性シリカのB/Dmの比を7/10と仮定する。
2)全多孔性のB·Dm を5と，また，コアシェルのB·Dm を3.5と仮定する。
3)粒度分布が狭くなるとA項の係数Aは小さくなり，同じ分布であれば係数Aは同じ値になる。
4) C項は粒子径の2乗に比例する。
5) 全多孔性シリカのC/Dmを0.044と仮定する。また，1.8 μmの全多孔性シリカと 2.7 μm のコアシェルシリカのCd2/Dm 値は同じと仮定する。
6)実験値のVandeemterプロットと 上記4)と5)の仮定値からA項の係数Aを1.33（D90/d10=1.48）と1.00（D90/d10=1.1)とする

各シリカのパラメーター
Particle
全多孔性シリカ
通常の粒度分布1.8 μmA·dp

B·Dm(C/Dm)·dp2

1.33x1.8=2.4(Conventionaldistribution)5(Totally porous)

0.044x1.82=0.14

コアシェルシリカ
狭い粒度分布2.7 μm

1.00x2.7=2.7(Narrow distribution)

3.5(Core shell)

全多孔性シリカ
狭い粒度分布2.7 μm

1.00x2.7=2.7(Narrow distribution)5(Totally porous)

0.044x2.72=0.32

全多孔性シリカ
通常の粒度分布2.7 μm1.33x2.7=3.6(Conventionaldistribution)5(Totally porous)

0.044x2.72=0.32

0.14
same as 1.8 um particle(Core shell)Van Deemter プロット

13

Van Deemter プロット
18

Totally porous 5 μm

1614H (μm)

1215% up

1050% up

段数が段数が8

Totally porous 2.7 μm
Totally porous 2.7 μm narrow particle size distribution
Core shell 2.7 μm
Totally porous 1.8 μm

64200246810U (mm/sec)
14

使用したシリカの性能比較
コアシェルシリカ

単分散全多孔性シリカ

通常の全多孔性シリカ

平均粒子径2.78 μm

2.81 μm

3.19 μm

分布比

D90/D10=1.11

D90/D10=1.09

D90/D10=1.48

理論段数a20,500

16,00012,200

理論段高さ(H)

4.88 μm6.25 μm 16% up 8.20 μm

理論段高さ(h=H/d)

1.75

保持時間(ブチルベンゼン)

7.8 min

47% up2.22

2.57

9.6 min

9.8 mina: カラム, C18処理 100 x 2.1 mm; 移動相, アセトニトリル・水（60:40); 流速, 0.3 mL/min;
カラム温度, 25℃; 試料, ブチルベンゼン

市販されている単分散シリカC18
粒度分布比較

Reference
http://www.sigmaaldrich.com/analytical-chromatography/hplc/columns/titan.html

市販されている単分散シリカC18Maximunに近い?
N=14,710

Minimumに近い?
N=9,260

Conditions
column: 5 cm x 3.0 mm I.D.
mobile phase: 60% acetonitrile
flow rate: 0.9 mL/mintemp.: 35 °C
det.: 254 nm
1. Uracil
2. Diazepam
3. Toluene
4. Naphthalene
5. Biphenyl

通常は12,000段から13,000段？
Minimumに近い?
N=9,783

そうであれば14,710段は約18％アップ

Reference
http://www.sigmaaldrich.com/analytical-chromatography/hplc/columns/titan.html

まとめ
1. 単分散全多孔性シリカはコアシェルシリカと同様に狭い粒度分布であった。
2. カラムの段数の測定結果と理論値は，いくつかの仮定値が含まれるが，ほぼ一致した。
3. 狭い粒度分布はVan Deemter の式のA項を25％減少させ，通常の粒度分布の充填剤の係数Aは1.33であるのに対し，狭い粒度分布の充填剤の係数Aは1.00となった。その結果カラムの段数は15%から16%増加した。
4. コアシェルシリカC18はVan Deemterの式のA項だけでなく，B項およびC項も減少するため，カラムの段数は約50%増加した。

19