技術紹介

1株式会社クロマニックテクノロジーズ，2 株式会社バイオニック

HPLC/UHPLC カラムのエンドフィッティング接続の留意点
長 江

徳 和 1，塚 本

友 康 1，小 山

1 は じ め に
HPLC/UHPLC 装置は吐出ポンプ，オートサンプラー，インジェクター，カラム，検出器間を 1/16 インチのス

隆 次 1，シーラ

悦 子2側のカラム管エンドに密着して，移動相の漏れを防いでいる．図 1A はイラストで表しており，図 1B は金属フェラルと金属オシネジを用いているが，金属フェラルをかしめておらず，金属フェラルが変形していない状態

テンレススチール配管などで接続されており，配管の容である．更に分かり易くするために図 1C は着色した樹量や，接続部で発生するカラム外容積はカラムの性能に脂のフェラルとオシネジを用いて接続状態を示した．

大きく影響する事が知られている．本稿ではカラムのエHPLC 創世期の 1970 年代にはオシネジの代わりにンドフィッティング接続での間違いやトラブル回避方

袋ナットが用いられたり，オシネジのネジがインチ規格法，さらにエンドフィッティング規格にかかわらず接続とミリ規格が混在していたり，フェラルの向きを逆にし可能な配管の評価などを紹介する．て接続するタイプなど，さまざまな形式のエンドフィッ

2 オシネジとフェラルを用いた接続LC（液体クロマトグラフィー）が HPLC に発展した

当初は High Pressure Liquid Chromatography と言われており，文字通り高圧化で操作する LC であった．したがって高圧に耐えうるカラム管・配管としてステンレススチール（SUS316）素材を用い，図 1 に示されている様に，カラム管エンドと 1/16”配管を接続する際に金ティングが利用されていたが，1980 年代以降，袋ナッ
トは使用されなくなり，オシネジのネジはインチ規格のNo.10-32UNF に統一される様になった．しかしながら現 在 で も，HPLC/UHPLC 装 置 メ ー カ ー は そ れ ぞ れ，フェラルから先の配管（1/16”チューブ）の長さを独自に決めており，フェラルから先の配管の長さが 1.6mm から 3.5 mm までの数種類のエンドフィッティング規格が存在している．一部の大手充塡カラムメーカーは属製の円錐型のフェラルとオシネジを用いていた．オシ数種類のエンドフィティング規格に対応したカラムを供

ネジを回すことにより，このフェラルに力がかかり，か給しているが，多くの充塡カラムメーカーは市場ニーズ

しめられることにより変形してカラム管の入口側と出口の高いウォーターズ（Waters）タイプやパーカー（Parker）タイプなど一種類のみの又は二種類のフィッティング規格のカラムを供給していることが多い．

3 エンドフィッティング規格の差によるトラブル
上述の様に金属製フェラルを用いた接続ではフェラルはかしめられ，先端が配管にくい込むことによりフェラルは配管に固定される．フェラル先の配管長さの異なるフィッティング規格同士で接続した場合には図 2 に示されている様な不具合が起こる．図 2A はフェラル先の配管の長さが短く，配管とカラム管の間に大きな空間が発生する．ここで試料成分の拡散が起こり，ピークがブロードになったり，尾を引くようなテーリング状態になったりする．図 2B はフェラル先の配管が長すぎる場合であり，フェラルがカラム管エンドに密着せず，液漏れを起こす．図 2C はフェラル先の配管の長さが適正であり，カラム外容積の増加もなく，ピーク形状への影響
図１

オシネジとフェラルを用いた接続

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はない．エンドフィッティング規格の異なるカラムを接71

4 異なるエンドフィティングでの互換性
現在使用されている HPLC/UHPLC カラムのエンドフィッティングは前項でも述べた様に，ネジ規格はNo.10-32UNF ですべて同じである．又フェラルとフェラルの受け側（カラム管エンド側）のテーパ角度は 40°で，ほとんどのカラムで統一されている．しかし A 社の高圧対応のカラムのカラムエンドのテーパ角度は 36°であった．市販のカラムのカラム管を中心でカットし，加工寸法を測定した結果を図 3 に示す．A 社カラム管のフィッティング部とパーカータイプのカラム管のフィッティング部を図 3a に示す．両カラム管ともネジ部分とフェラルを受けるテーパーに掘られた部分が別々
図２ カラム管フィッティング
A はフェラル先の配管が短い場合，B はフェラル先の配管が短い場合，C はフェラル先の配管の長さが適正な場合．

である 2 ピース構造になっている．A 社のテーパーに掘られた部分の深さは 4.2 mm であるが，パーカータイ続するときにはそれぞれのカラムに合わせて，フェラルの固定位置を決めなければならず，金属製フェラルを用いた場合には，エンドフィッティング規格が変わるごとに配管を変えなければならない．又同じエンドフィッ
ティング規格のカラムを用いても，何度もカラムの接続を繰り返していくと，金属フェラルは毎回少しずつではあるが変形し，最終的にこれ以上変形できなくなる．この様な時には新しい配管に更新すべきであるが，それでも漏れを防ぐためにオシネジを締め過ぎるとオシネジが切れてしまい，元に戻すことはできなくなってしまう．
このような事象はベテランクロマトグラファーの多くの方が経験していると推察される．

1980 年代に利用できるようになった機能性樹脂である PEEK（ピーク，Poly Ether Ether Ketone）は耐熱性，機械的強度，更に耐薬品性が高い熱可塑性樹脂であり，HPLC の部材としても用いられるようになった．カラムと配管の接続に使用されるフェラルもこの PEEK 樹脂が採用されるようになった．フェラル単独のものや，フェラルとオシネジを一体化したコネクターも PEEK素材での成形品が開発された．この PEEK 樹脂フェラ
ルの特徴は金属製フェラルとは異なり，ステンレスチューブに固定されないため，接続するごとにフェラル先の配管の長さを変られることである．そのため PEEK樹脂製のフェラルやコネクターを用いることにより，毎回それぞれのエンドフィッティング規格に合った接続が可能になった．PEEK 樹脂フェラルの欠点は，配管接続部の耐圧が 20 MPa 程度であるため，高耐圧が要求される HPLC システムでは使用できないことであったが，金属と PEEK 樹脂との複合体フェラルなどの開発により耐圧は改善された．2004 年以降 UHPLC の普及により 100 MPa 以上の耐圧が求められるようになり，再び金属製フェラルが UHPLC では主流となった．
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A 社仕様とパーカータイプのカラム管エンドフィッティングの互換性
ａはカラム管エンドフィッティングの構造，ｂはそれぞれのエンドフィッティングに合わせてフェラルを固定した場合の配管の図，ｃは配管を異なるカラム管エンドに装着した場合の図．
図３

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プの場合は 1.9 mm であり，大きく異なっている．又テーパー部から先の配管の挿入部分の長さは，A 社では1.6 mm であるが，パーカータイプでは 2.0 mm であった．それぞれのカラム管エンドに金属フェラルとステンレススチール配管で固定した状態を図 3b に示す．それ
ぞれのフェラルの角度も 36° と 40° である．図 3c は A

社のカラム管エンドにパーカータイプの配管を，パーカータイプのカラム管エンドに A 社用の配管を接続したときの状態を示す．A 社のカラム管エンドにパーカータイプの配管を接続した場合にはフェラルから先の配管の長さが長いため，フェラルの先はカラムエンドに密着せず隙間が生じるが，A 社のカラム管エンドのテーパーが深いことと，テーパー角度が小さいことから，フェラル後部でカラム管エンドに密着し，移動相は漏れなくなる．又，配管先端とカラムエンドには隙間がなく，ピークがブロードになったりテーリングを生ずることもな
い．逆にパーカータイプのカラム管エンドに A 社の配管を接続した場合には，フェラル先端がカラム管エンド

図４ MarvelX 配管とカラム管エンドフィッティングへの装着
A は MarvelX 配管と配管先端，B はカラム管エンドフィッティ
ングに配管を装着する途中，C は装着終了．

両端は直径 1/16”のステンレススチールチューブで配のテーパー部に密着し液漏れは起こらないが，フェラル管自体は直径 1/32”のステンレススチールチューブで先の配管の長さが短いため，カラム管エンド内で大きなある．オシネジは切れ目が入っており，脱着できるよう隙間が生じる．この隙間がピークを太くしたり，テーリになっている．配管先端は PEEK 樹脂が 0.1 mm 程度ングを生じさせる原因になる．この様に A 社の高圧用出ており，この PEEK 樹脂はカラム管エンドのフィッタイプのエンドフィッティング規格の UHPLC 装置に端をカラム管エンドに装着する状態を示しており，B は

カラムは A 社の UHPLC 装置は勿論であるが，パーカーティング部に突き当り密着する．図 4B，4C は配管先も問題なく接続できる．しかしパーカータイプのエンドまだ締め付け途中であり，配管先端は浮いた状態である

フィッティング規格のカラムは A 社の UHPLC 装置のが C では配管先端が密着している．スパナを用いず手接続には問題があり，適正に接続できない．つまり，A締めだけで装着でき，しかも 130 MPa の耐圧が確認さ社のエンドフィッティング規格は特殊で，テーパー角度れている．配管内径は 25 μm，50 μm，75 μm，100 μm，が 36° であり，フェラルの受け側のテーパー部分が深125 μm，254 μm の 6 種 類 が， 配 管 長 さ は 70 mm，いことなど，他のエンドフィッティング規格と大きく異なり，これらの特殊要因によって A 社のカラムはパーカータイプのエンドフィッティング規格に適合してしまう．もし A 社のカラムはパーカータイプだと勘違いし，パーカータイプのカラムは A 社の UHPLC 装置に問題15 mm，250 mm，350 mm，50 mm，600 mm が 供 給されている．又配管内部を PEEK 樹脂にした PEEK-

Lined Stainless Steel のバイオコパチブル仕様とステンレススチールのみの通常仕様の 2 種類の配管素材が用意されている．樹脂素材は力を加えることにより，徐々になく接続できると思い込み，A 社の UHPLC 装置で A変形し，配管接続部の耐圧が低くなるが，MarvelX はス社カラムに加え，他社のパーカータイプのカラムの性能

テンレススチールで配管外側が覆われているため，配管比較を行うと，他社パーカータイプのカラムはすべてを押す力に対し，接面部の PEEK 樹脂は外側に広がるピークがブロードになったり，テーリングが生じたりことがないため，繰り返し使用出来る回数が増える．更し，比較結果は A 社カラムが有利になり，それぞれのに誰が行っても同じ様に締め付けができる配管としてカラムの本来有している性能での比較ができない．

5 フェラルを用いない配管接続もしフェラルを用いない HPLC/UHPLC カラムの接MarvelXACT（マーベルエグザクト）も市販された．図5 にその外観を示す．オシネジは配管に固定されているが，ある一定のトルクでオシネジが空回りする機構が設けられ，締め過ぎを防止している．

続方法があれは，現在存在するフェラル先の配管長さの異なる様々なエンドフィッティング規格を気にすることなくカラムを接続することができる様になる．2016 年
から発売されている IDEX 社の MarvelX（マーベルエックス）配管は図 4 に示されている様にフェラルを用いない接続である．図 4A は MarvelX 配管であり，配管のぶんせき 2022 2

図５MarvelXACT 配管

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HPLC/UHPLC で用いられる配管は先端断面がきれク程，顕著であった．カラム外の配管の容積が減少する

いにカットされ，孔のつぶれや変形がないことが重要でことにより，この配管内での成分の拡散が抑えられ，ある．MarvelX 及び MarvelXACT 配管も同様で，クロピーク幅が狭くなると同時にテーリングも抑制されたとに，すべての MarvelX 及び MarvelXACT の配管先端のmm の 配 管 が 使 用 さ れ る が， カ ラ ム 長 さ 50 mm で

マニックテクノロジーズでは，図 4A に示されている様考えられる．内径 2.1 mm のカラムは通常は内径 0.1

写真を撮り，詰まり，ごみの付着がないことを確認して15000 段近い理論段数を発揮するカラムでは内径 0.1出荷している．

6 MarvelX 配管の使用例
UHPLC では高圧条件下で操作されるため，高耐圧の配管が必要となる．一般的なステンレススチール配管では内径を最も小さくしたとしても 0.1 mm までである
が，MarvelX 及 び MarvelXACT 配 管 は 0.025 mm ま でmm の配管でも大き過ぎ，内径 0.075 mm 配管を使用することでそのカラムのもつ本来の性能に近付く．ここで用いた内径 0.075 mm の MarvelX 配管は，内径 0.025mm まで利用できるが，配管のみに掛かる背圧は内径の4 乗に反比例するため，内径を 0.075 mm から 0.025mm に 1/3 のサイズに変更すると配管に掛かる背圧は81 倍になる．配管の容積を減らす目的で内径を細くし内径を小さくすることができる．図 6 にインジェクター

過ぎると，配管に掛かる背圧が大きくなり過ぎることが以降の配管の内径を細くすることによるピーク形状の変あるので注意が必要である．図 6 の下段の内径 0.0751）

化 を 示 す． 粒 子 径 2 μm コ ア シ ェ ル C18（SunShellC18）を充塡した内径 2.1 mm，長さ 50 mm のカラムmm の条件では，合計 500 mm の長さの配管のみで 7.8MPa の背圧が掛かっており，仮に内径 0.025 mm の配を用いた．上段は内径 0.1 mm のステンレススチール管にすると，81 倍の 631 MPa の背圧が配管のみに掛（SUS）及び内面フューズドシリカ（PEEKsil）の配管かることになる．

を，下段は内径 0.075 mm の MarvrlX（内面 PEEK）配7 ま と め

管を用いた．配管の全長は両配管とも同じ 500 mm である．配管の内径が 0.1 mm から 0.075 mm に細くなる

本稿で紹介した様に，カラム管エンドフィッティング

ことにより，最初に溶出するウラシル（ピーク 1）の理仕様に合った配管接続をすることはカラム性能を発揮さ論段数は 1208 段から 3593 段に向上した．ピークの半せるために重要である．又，各社のエンドフィッティン

値 幅 は 0.0094 分 か ら 0.0051 分 へ と 0.0043 分 狭 く

グ規格は目に見えない部分での違いがあり，その違いをなった．又，アセナフテン（ピーク 3）も同様に理論段十分理解して使用することも重要である．MarvelX のよ数は 13589 段から 15153 段へと 12 ％向上した．4 本

うなフェラルを用いない配管はカラム管エンドフィッのピークとも理論段数は向上し，テーリングファクター

ティング規格に依存せず，更に MarvelXACT は誰でもは減少した．特に早く溶出するピーク容量の小さいピー同じトルクで締め付けができる便利な配管である．内径

図６ 配管の内径と段数の関係
カラム，SunShell C18，2 μm 50×2.1 mm i.d.；移動相，アセトニトリル／水＝60/40；流速，0.6 mL/min；カラム温度，室温；検出，UV250 nm；注入容量，0.4 μL；ピーク，1＝ウラシル，2＝エチルベンゼン，3＝アセナフセン 4＝ブチルベンゼン，配管内径は図中に表示．

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2.1 mm カラムは特にカラム外容積が性能に大きく影響

す る た め， 高 圧 下 で 使 用 で き る 内 径 が 0.075 mm のMarvelX や MarvelXACT を用いることにより本来のカラム性能が発揮された．

E-mail : tsukamoto@chromanik.co.jp
小山隆次（Ryuji Koyama）

株式会社クロマニックテクノロジーズ（〒552 ─ 0001 大阪府大阪市港区波除 6 ─3 ─ 1）．立命館大学理工学部生物工学科卒．
《趣味》クロマトグラフィー．

文

E-mail : koyama@chromanik.co.jp

献1） 長江徳和：LC と LC/MS の知恵，2，6（2021）.
●●

長江徳和（Norikazu Nagae）
株式会社クロマニックテクノロジーズ

シーラ悦子（Etsuko Shearer）
株式会社バイオニック（〒417 ─ 0801 富（〒552 ─ 0001 大阪府大阪市港区波除 6 ─士市大渕 3397 ─ 19）．南オレゴン大学卒．

3 ─ 1）．名古屋大学工学部応用化学卒．博《趣味》乗馬．

士（工学）．《主な著書》“LC/MS, LC/MS/

E-mail : info@bionikinc.com

MS のメンテナンスとトラブル解決”（分担執筆）（オーム社）．

E-mail : nagae@chromanik.co.jp

塚本友康（Tomoyasu Tsukamoto）
株式会社クロマニックテクノロジーズ（〒552 ─ 0001 大阪府大阪市港区波除 6 ─

3 ─ 1）．中部大学応用生物学研究科応用生
物学専攻博士課程修了，博士（応用生物学）．《現在の研究テーマ》液体クロマト
グラフィー用充塡剤の開発．

会社ホームページ URL：
http://chromanik.co.jp/

http://www.bionikinc.com
関連製品ページ URL：

http://chromanik.co.jp/product/accessary_marvel_x.html
http://bionikinc.com/idex3506921697.html

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