今までと何が違ってどう良いの？
これで解決！コアシェルカラムの基礎の基礎
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

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） : C18, PFP, C8, RP-Aqua, C4-30, C8-30: C18, PFP, CN, PentaHILIC, BioClass
Halo（AMT）: C18, PFP, AQ, PC
Capcell Core（資生堂）: C18, PFP, C8, XB-C18, HILIC, EVOC18
Kinetex （フェノメネックス）: C18, C8, C4 (タンパクペプチド分析用)
Kinetex Aeris（フェノメネックス）
Ascentis Express（シグマアルドリッチ） : C18, F5(PFP), C8, OH5, RP-Amide: C4, C8, C18BioSehll（シグマアルドリッチ）: C18, C8, CN, SB-AQ, HPH-C18
PoroShell（アジレントテクノロジ－）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, aQ, RP-MS
Accucore（サーモフィッシャー）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, HILIC
Nuculeoshell（ナーゲル）: C18, PFP, C8, Amide, HILIC
Brownlee SPP（パーキンエルマー）: C18, PFP, Phenyl-Hexyl, C18A, HILICBlue Shell（KNAUER）: C18, C18+, HILIC
Cortecs （Waters）: Biphenyl, ARC18
Raptor （Restek）: C18, Phenyl-Hexyl
Ultracore (Ace): C18, PFP, Diphenyl, HILIC
SpeedCore (Fortis): Mixmode
Coresep (Sielc): C18, Cholester
COSMOCORE (Nacarai): C18, C8, C18Bio
Meteoric Core (YMC): C18
InertCore (GLサイエンス): C18
ReproShell (Dr.Maisch): C18, C8ClassicShell (Kromasil)(固定相は抜粋)

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

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)

58 - 77％

27％

60%

多孔質％

58 – 78%粒度分布12SunSehll C18 (2.54 μm)aa
Ascentic Express C18 (2.52 μm)
aAccucore C18 (2.53 μm)
aKinetex C18 (2.34 μm)
a
PoroShell C18 (2.34 μm)
Cortecs C18 (2.77 μm) a

Number/%1086420124Particle diameter/µm
a. 中位径*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Beckman Coulter Multisizer 3 で測定しました。この測定値はオリジナルのコアシェル粒子の値とは異なります。

8Van Deemterの式

粒子径をdp
アナライトの移動相中の拡散係数をDm

A項：

多流路拡散、渦巻き拡散B項：

カラム軸方向への拡散C項：

物質移動の項1.

：

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

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

コアシェル構造の利点
Van Deemter の式のA項，B項およびC項が小さくなる
コアシェル粒子は粒度分布が狭く，密な充填が比較的簡単にできる。
この密な充填がA項を小さくする

高い理論段数が得られる
カラムの性能が高い

コアが溶質の拡散を妨害し，溶質のカラム軸方向への拡散が抑えられるため，B項が小さくなる

流速が遅い条件でも理論段数の低下が少ない

多孔質層が薄く，多孔質内での溶質の拡散距離（移動距離）が短くなる
ため，C項が小さくなる

流速が速い条件でも理論段数の低下が少ない

カラムにしたときは・・・・

同じ表面処理をしていれば全多孔性シリカカラムと同じ選択性を示す

コアシェルカラムをUHPLCで使う
69,629

なんとほぼ70,000段

62,34969,07961,5642.6μm

Column: SunShell C18, 2.6 µm, 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1.8 mL/min,Pressure: 45 MPa for 2.6 µm
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil, 2 = Toluene, 3 = Acenaphthene, 4 = Butylbenzene, HPLC: Jasco X-LC

Temperature: 25 ºC

SunShell 2.6μm, 5μm
4.6x250mmカラムの性能
42,05341,043

41,61039,2555μm

Column: SunShell C18, 5 µm 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1 mL/min,
Temperature: 40 ºC
Pressure: 6.7 MPa for 5 µm
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil, 2 = Toluene, 3 = Acenaphthene, 4 = Butylbenzene, HPLC: Hitachi LaChrom ELITE

コアシェルカラムってどうなの？
HPLCで使える
理論段数が高い

背圧が低い

思ったほど良くない

負荷量が少ない
保持がない

◇ 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◇ 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
コアシェルカラムは負荷量が少ない◇ HPLCでも使えるって聞いたけどコアシェルカラムを使うコツは?

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

カラムの背圧カラムの背圧は粒子径の2乗に反比例
Brand F C18, 5 µm 250 x 4.6 mm

HPLC

N(4)=19,313

3129.5 MPa
02468101214Retention time/min

161820SunShell C18, 2.6 µm 100 x 4.6 mm

0113.4 MPa

222224N(4)=20,287

3154345546Retention time/min

粒子径に準じた背圧

Mobile 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

9.5 × 3.7 / 2.5 = 14.1

単位圧力あたりの段数比較
PlatesPressure(MPa)

Plates/pressure

Sunniest C18-HT 2.0 µm9,90016.7593

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
Brand C C18 1.7 µm

2～３倍SunShell C18 2.6 µm
05,00010,00001020300300

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

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
コアシェルカラムは負荷量が少ない全多孔性粒子と何が違う？
アルカリに弱い
素材はシリカ核を有した構造

重量が重い

比表面積が小さい

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

全多孔性シリカとコアシェル型シリカ
2.6µmと5µm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
SunShell C18, 5 mm

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

0.12

1.460.091.410.083) 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 µm

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

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)

58 - 77％

27％

60%

多孔質％

58 – 78%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 )Company P 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)
51k6=7.4
Company T C18
Company S C18, 2.7 μm 150 x 4.6 mm (22.2 Mpa, 31,800 plate)
N6=31,600
63422.7 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=7.75
Company W C18 Flow rate: 1.0 mL/min
N6=23,300 4
6318.5 MPa
Temperature: 40 ºCSample: 1 = Uracil, 2 = Caffeine, 3 = Phenol, 4 = Butylbenzene
71 2 k6=9.055 = o-Terphenyl, 6 = Amylbenzene, 7 = Triphenylene
Company A C18
N6=30,200
7k6=5.4
5N6=30,800

30244676SunShell C18
21.8 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/Butylbenzene) (Triphenylene/o-Terphenyl)

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 C18

0.44

1.60

1.31

SunShell C180.391.601.46

Company P C18

Company S C18
Company T C18
22.2 MPak6=10.4
N6=31,900

10121416
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 C18

8.0

1330.278

8.20

Company A C18

8.5

1350.414

12.3

Company 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 I
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

3160001

TF=1.18

24

SunShell C18(core shell)

14000
TF=1.42

Theoretical plate

12000
10000
8000
6000

100 times

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

TF=2.43

TF=3.21

2000T 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)

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

HPLCでも使えるって言うけどコアシェルカラムをうまく使うコツは？

コアシェルカラムをHPLCで使うでも、ちょっとその前に・・・・

全多孔性シリカカラムと比較してカラム内拡散が小さい
物質移動速度が速い

HPLCでの使用で必要なこと
応答速度の高速化
低拡散化
低試料負荷

比表面積が20%小さい

カラム－検出器間における配管の影響
23231Column: SunShell C18, 2.6 μm 50 x 2.1 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 0.3 mL/min
Temperature: ambient
Tube length: 30 cm (Peek)
412

4

3

10.25㎜
0.1㎜

40.06㎜01

理論段数の平均値(n=3)

23

45 (min)

0.06㎜

0.1㎜

0.25㎜

理論段数(1)

792

785

246

理論段数(2)

7790

7652

3535

理論段数(3)

10704

10345

7998

理論段数(4)

10113

9772

7689配管の影響２耐圧：130MPa
メタルフリー対応
SunShell C18 2.6 μm, 50 x 2.1 mm
3Efficiency

214Tailing 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
1234

SUS
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３
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
length3

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

SUS 0.1mm
421min3SunShell C8 2.6 μm, 30 x 2.1 mm

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

4Efficiency
1

Tailing factor
min

Connecting 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
lengthPeak width,h0.5 (min)Peak No.
123412341234SUS47323954377
4991
1.225
1.395
1.266
1.118
0.02050.0246
0.03380.0463

Marvel X
1405
5245
6030
5536
1.037
1.235
1.062
1.028
0.01190.01660.02880.0440検出器レスポンスタイムの影響
Column: SunShell C18, 2.6 μm 100 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O=60/40
Flow rate: 1.8 mL/min
Temperature: ambient
Sample: Toluene Tube: i.d.0.1㎜ｘ20 cm Peeksil
Instrumental: X-LC(JASCO)

0.03s
0.3s
1s

3s

検出器レスポンスタイムの影響
30000
25000
Acenaphtene tR 3.7 min

理論段数20000
15000
10000
5000
Uracil tR 0.42 minToluene tR 1.7 min

0012
レスポンスタイム（ｓ）

34

通常仕様とセミミクロ仕様のHPLCの比較

Flow cell

Response Sampling Tubing ID

Normal 13 μL

0.1 sec

0.4 sec

0.25 mm

Semi-micro 3.2 μL 0.1 sec

0.4 sec

0.13 mm

Semi-micro 3.2 μL 0.05 sec

0.05 sec

0.13 mm

45000
40000
Acenaphthene

理論段数

35000

Toluene
Butylbenzene

30000
25000
20000

Semi-micro 0.05 sec

15000

Semi-micro 0.1 sec

10000

UracilNormal 0.1 sec

5000
005

ピーク幅/秒

1015Column: SunShell C18, 5 µm 250 x 4.6 mm
Mobile phase: CH3CN/H2O= 70/30
Flow rate: 1.0 mL/min,Temperature: 40 ºC
Pressure: 6.7 MPa
Detection: UV@250 nm
Sample: 1 = Uracil
2 = Toluene
3 = Acenaphthene
4 = Butylbenzene
HPLC: Hitachi LaChrom ELITE

HPLCでも使えるって言うけどコアシェルカラムをうまく使うコツは？
装置のデッドボリュームとなるセル、配管に注意
検出器のレスポンスタイム等の確認も

まとめ• コアシェルカラムは、幅広く粒子、固定相の選択ができるようになってきている• 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• HPLCでコアシェルカラムを用いる場合、配管、検出器のレスポンスタイムに注意が必要である