HPLC におけるピーク形状の問題のトラブルシューティング

HPLC におけるピーク形状の問題のトラブルシューティング

サンプルグループの試験の間におけるピーク形状の変化

サンプルグループの試験の間におけるピーク形状の変化

HPLC 分析における一般的な問題の 1 つはピーク形状の変化です。ピークは、理想的には、左右対称でガウス形状をしている必要があります [D. R. Stoll, LC-GC N. Am.39 (2021), pp.353–362]。ピークの対称性は、図 1 に示すように、USP テーリング係数(T)を計算することで定量できます。テーリング係数 1 は完全な対称性を示し、値が 1 より小さい場合はフロンティング、1 より大きい場合はテーリングと呼ばれます。多くの分析法では、すべてのピークのテーリング係数が指定範囲内である必要があります。テーリング係数が大きいと、近接して溶出するピークの分離度が低下し、波形解析が困難になる場合があります [D. R. Stoll, LC-GC N. Am.39 (2021), pp.353–362]。

図 1.  ピーク高さの 5% で測定したピーク全幅(W0.05)およびピーク高さの 5% におけるピークの前半部の幅(f)を用いた USP テーリング係数の計算。

確立された分析法を使用してサンプルのバッチを分析すると、一連の注入にわたってピーク形状が変化することがあります。これにより、テーリング係数が要件に適合しなくなる可能性があります。この問題の原因として、HPLC システム、移動相、サンプル、カラムの問題など、いくつかの原因が考えられます [J. W. Dolan and L. R. Snyder, Troubleshooting LC Systems, Springer Science+Business Media, New York, 1989, pp.385–420]。トラブルシューティングを行う場合、その良い出発点は、クロマトグラムを注意深く分析して、ピーク形状の変化がすべてのピークで見られるか、あるいは一部のピークのみで見られるかを観察することです。後者の場合、ピークが変化した分析種の特性を調べて、ピークが変化しなかった分析種の特性とどのように異なるか判定します。問題のある分析種は塩基性または酸性であり、他の分析種はそうではないのか。問題のある分析種が塩基性か酸性である場合、その原因は固定相の表面電荷の変化または移動相 pH の変化である可能性があります。ピーク形状の変化を示す分析種が塩基性であり、他の分析種は塩基性でない場合、逆相分析法で考えられる根本原因の 1 つは、エンドキャッピング基が固定相から失われ、シラノール基の濃度が増加することです。ベースパーティクル上のイオン化したシラノール基は、塩基性分析種のピークテーリングの一般的な原因です [D. V. McCalley, Chem.Comm.59 (2023), pp.7887–7899]。

クロマトグラムのすべてのピークが同様のピーク形状の変化を示す場合、考えられる原因の 1 つは、カラムを HPLC システムに接続するチューブのずれです。PEEK 製手締めフィッティングを使用している場合にこれが発生することがあります。別の考えられる原因は、カラムに存在する空隙です。これは、カラムが急激な圧力変化にさらされた場合や、固定相支持粒子が加水分解を受けるような pH 条件および/または温度条件下でカラムを使用する場合に発生することがあります。これは、シリカベースのカラムを塩基性(pH > 7)移動相で使用する場合で、特に高温(>30 °C)で使用する場合によく見られます [J. J. Kirkland, M. A. van Straten, H. A. Claessens, J. Chromatogr.A 691 (1995), pp.3–19., H. A. Claessens, M. A. van Straten, J. J. Kirkland, J. Chromatogr.A 728 (1996), pp.259–270]。3 番目の考えられる原因は、HPLC システムおよび/またはカラム内でのサンプルマトリックス成分の蓄積です。多くのサンプルには、タンパク質、脂質、多糖類、界面活性剤など、システムやカラムの表面に沈殿または強く吸着する可能性のある成分が含まれています。これらの成分がシステムおよび/またはカラムの表面に蓄積すると、液流の分布が妨げられ、すべてのピークの形状が変化することがあります。

図 2 のクロマトグラムを検討しましょう。最初のクロマトグラムには、テーリング係数が 1.01 ~ 1.09 と良好な 5 本のピークが見られます。200 回のサンプル注入後のクロマトグラムでは、5 本のピークすべてでテーリング係数が 1.61 ~ 1.97 と増加していることがわかります。カラムの背圧には、200 回の注入にわたってわずかな(3.5%)上昇のみが見られました。

図 2.  5 種の分析種の最初の分離と 200 回目の分離を比較するクロマトグラム。USP テーリング係数をピークの上に示しています。ガードカラムの交換後、215 回目の注入とラベル付けしたクロマトグラムが得られました。

この分離条件では分析種はすべて中性であるため、固定相表面のシラノール基の濃度変化がピークのテーリングの原因である可能性はありません。移動相には水とアセトニトリルのみが含まれており、カラム温度は 40 ℃ であるため、カラムでの空隙発生の可能性は低いと考えられます。カラム内のサンプルマトリックス成分の蓄積はどうか。サンプルにはタンパク質のほか、脂肪と糖が含まれています。この例で使用したカラムには、取り外し可能な一体型ガードカラムが取り付けられていました。ガードカラムを新品に交換すると、下のクロマトグラムに見られるように、5 成分すべてのテーリング係数が 1 に近い値に戻りました。これにより、ピークテーリングの原因がガードカラム内でのサンプルマトリックス成分の蓄積であることが確認されました。カラムで沈殿したり強く吸着したりする可能性のあるマトリックス成分を含むサンプルを扱う場合、ガードカラムを使用することにより、比較的低コストでカラムの寿命を最大化できる可能性があります。この例で示すように、ガードカラムは、ピーク形状の問題の根本原因を特定するための便利なツールにもなります。

本入門書の内容

HPLC におけるピーク形状の問題のトラブルシューティング

以前に使用していたカラムにおけるピーク形状の変化

注入量の増加に伴うピーク形状の変化

謝辞

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