クロマトグラフィーとは、混合物を固定相（動かない側）と移動相（流れる側）への親和力の差で成分ごとに分ける方法で、検出器と組み合わせれば中身と量まで分かります。化学・医薬品・食品の工場では、製品の純度や残留溶媒、水道水の有害物質を確かめる品質管理の中心にある分析法です。
黒い水性ペンの字に水がかかると、にじんだ縁が黄色や紫に分かれて見えることがあります。インクに混ざっていた色素が紙の上を進む速さの違いで分かれた結果で、工場の分析室にあるガスクロマトグラフや液体クロマトグラフも、同じ原理を精密にした装置です。
この記事では、クロマトグラフィーの定義と原理、ペーパークロマトグラフィーの手順とRf値の計算例を順に整理します。後半では TLC・GC・HPLC・イオンクロマトグラフィーの違いと検出器の選び方、品質管理や医薬品の精製での使われ方、国内の分析機器メーカーを扱います。
クロマトグラフィーとは
クロマトグラフィーは、試料を移動相に乗せて固定相の中や上を通し、成分ごとの進む速さの違いで分ける方法です。固定相と強く関わる成分は遅れ、弱い成分は先に進むため、出発点では1つだった混合物が、時間や距離の差として別々に並びます。
名前はギリシャ語の「色（chroma）」と「記録（graphos）」に由来し、20世紀の初めにロシアの植物学者ミハイル・ツヴェットが植物の色素を分ける方法として見いだしました。色の帯が並んで見えたことが名前の由来ですが、いまは色のない物質を測る方法として広く使われています。
黒いインクがにじむと色が分かれる理由
黒いインクは1つの黒い物質ではなく、黄色や紫、青などの色素を混ぜて黒く見せていることが多いものです。水がかかると色素は水に溶けて紙の繊維の間を広がり、紙に引き留められにくい色素ほど遠くまで運ばれるので、外側に黄色、内側に紫という輪ができます。
ここで紙は固定相、しみ込んでいく水は移動相の役目を果たしています。色素ごとに水へのなじみやすさと紙へのくっつきやすさが違うため、同じ時間に進む距離に差が出て、にじみの中で色が分かれて見えるのです。
紙に引き留められにくい色素ほど遠くまで運ばれ、にじみの外側に並びます。
※どの色素が外側に出るかは、インクの成分と紙・水の組み合わせで変わります。
固定相と移動相、吸着と分配
成分が固定相に引き留められる仕組みには、大きく分けて吸着と分配があります。吸着は固体の表面にくっつく強さの差で分ける仕組みで、シリカゲルやアルミナのような粉の表面に、極性の高い成分ほど引き留められやすくなります。
分配は、固定相として保持された液体と移動相の液体（または気体）のどちらに溶けやすいかの差で分ける仕組みです。水を含ませたシリカゲルでアセチル化したアミノ酸を分けたマーチンとシングはこの分配クロマトグラフィーを考案し、1952年にノーベル化学賞を受けました。
分析装置では、このほかにイオンの電荷で分けるイオン交換、分子の大きさで分けるサイズ排除なども使われます。どの仕組みでも、固定相との関わりが強い成分ほど長く保持され、後から出てくる点は同じで、この出てくるまでの時間（保持時間）と量を記録した波形がクロマトグラムです。
固定相との関わりが弱い成分から順に検出器に届き、時間軸に並んだピークになります。
※カラムの図では下にある帯ほど先に出口に着きます。ピークの位置（保持時間）で成分の見当をつけ、ピークの面積や高さで量を求めます。
ペーパークロマトグラフィーの原理を例えでわかりやすく
ペーパークロマトグラフィーは、ろ紙を固定相、ろ紙を上っていく溶媒（展開溶媒）を移動相にした、最も手軽なクロマトグラフィーです。色素の分子を「紙に引き留められやすいか」と「溶媒に連れて行かれやすいか」の綱引きにたとえると、溶媒に連れて行かれやすい色素ほど遠くまで進みます。
成分はろ紙にくっついたり溶媒に溶け出したりをくり返しながら上っていくので、溶媒になじみやすい成分ほど先へ進みます。展開溶媒が水なら水になじみやすい成分が速く進み、溶媒をメタノールの多い液に変えると、紙に引き留められやすい成分の顔ぶれが変わって並び順も変わります。
ろ紙で色素を分ける手順
実験の手順は、ろ紙の下端近くに鉛筆で線を引き、その上に試料を小さく付けて、下端だけを展開溶媒に浸す方法です。溶媒がろ紙にしみ上がるにつれて色素が分かれ、スポットが十分に離れたらろ紙を取り出して、溶媒が届いた先端（溶媒先端）にすぐ印を付けます。
鉛筆の線に試料を付け、溶媒をしみ上がらせ、溶媒先端とスポットの位置を記録します。
※慶應義塾大学の化学実験テキストの操作をもとに作成。スポットの位置は溶媒・温度・ろ紙で変わります。
水性ペンのインクをこの方法で展開すると、黒や紫に見えていたインクが黄色・赤・青などの帯に分かれます。COD の測定のように色の変化で量を測る滴定とは違い、混ざっているものを並べて見せるのがクロマトグラフィーの役目です。
日本化学会の『化学と教育』（2017年）は、ペーパークロマトグラフィーは展開溶媒によって分離の仕組みが変わり、分離の性能は必ずしも高くないと解説しています。同じ赤のインクでも、水だけで展開した場合と水にエタノールを混ぜた場合とでは、黄色と赤の染料の離れ方が違って見えます。
産業技術総合研究所の公式チャンネルには、水性ペンとろ紙で色素を分ける実験を家庭で試せる動画があり、手順と色の分かれ方を目で確かめられます。
Rf値の求め方と計算例
ペーパークロマトグラフィーや薄層クロマトグラフィーでは、成分の進み具合を Rf 値（移動率）という数字で表します。原点からスポットの中心までの距離を、原点から溶媒先端までの距離で割った値で、成分が溶媒より先へ進むことはないので、Rf 値は必ず0から1の間に入ります。
距離はどちらも原点の線から測り、スポットは中心の位置を読みます。
※黄色の Rf 値は 5.6 ÷ 8.0 ＝ 0.70、紫は 2.4 ÷ 8.0 ＝ 0.30。値は説明用の例です。
Rf 値は便利な目安ですが、展開溶媒の組成や温度、ろ紙の種類が少し変わるだけでかなり動きます。そのため別の日・別の条件で測った Rf 値を並べて成分を決めることはせず、同じろ紙に純物質（標準物質）も並べて展開し、位置がそろうかで見分けるのが確実です。
薄層クロマトグラフィー（TLC）との違い
薄層クロマトグラフィー（TLC）は、ろ紙の代わりにガラスや樹脂の板にシリカゲルなどの粉を薄く塗った板（薄層板）を使う方法です。操作はペーパークロマトグラフィーとほぼ同じですが、粉の粒が細かくそろっているため、スポットが広がりにくく分離の性能が高いことが特長です。
研究開発の現場では、TLC は合成反応がどこまで進んだかを数分で確かめる道具として使われます。原料と反応液を同じ板に並べて展開し、原料のスポットが薄くなって新しい位置にスポットが出てくれば、原料が生成物に変わりつつあると読み取れます。
ここまでのように、吸着や分配のような親和力の差を使って混合物を成分ごとに分ける方法を、まとめてクロマトグラフィーと呼びます。固定相の形がろ紙か板か管か、移動相が液体か気体かで方式が分かれ、工場や研究所では次の章の装置が使い分けられています。
クロマトグラフィーの種類と使い分け（TLC・カラム・GC・HPLC・イオンクロマト）
方式を選ぶ入口は、測りたい試料の性質です。加熱して気体にできるならガスクロマトグラフィー、溶媒に溶かせるなら液体クロマトグラフィーが基本で、そこから「イオンを測りたいか」「分子の大きさの分布を知りたいか」で専用の方式に分かれます。
- 加熱して気体にできる成分（溶剤、ガス、香気成分など）：ガスクロマトグラフィー（GC）
- 溶媒に溶かせる成分（医薬品、色素、糖、有機酸など）：高速液体クロマトグラフィー（HPLC）
- 水に溶けたイオン（塩化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオンなど）：イオンクロマトグラフィー
- 樹脂・高分子の分子量の分布：サイズ排除（ゲル浸透）クロマトグラフィー（GPC）
- 反応の進み具合や成分のおおまかな確認：薄層クロマトグラフィー（TLC）
| 方式 | 移動相 | 固定相と分ける仕組み | 向いている試料 | 主な使われ方 |
|---|---|---|---|---|
| ペーパー・TLC | 液体（展開溶媒） | ろ紙、シリカゲルなどを塗った板。吸着・分配 | 少量の色素・有機化合物 | 反応の進み具合の確認、簡易な確認試験、教育 |
| カラム（オープンカラム） | 液体（重力や弱い圧力で流す） | シリカゲルなどを詰めた管。主に吸着 | 合成した化合物の混合物 | 研究室での精製 |
| ガスクロマトグラフィー（GC） | 気体（キャリヤーガス：ヘリウム・窒素など） | 細い管の内面の液相・充塡剤。分配・吸着 | おおむね400℃程度までで気化する成分 | 残留溶剤、ガス組成、石油製品、香気成分 |
| 高速液体クロマトグラフィー（HPLC） | 液体（溶離液をポンプで加圧） | 細かい充塡剤を詰めたカラム。分配・吸着・イオン交換・サイズ排除など | 溶媒に溶ける成分。熱に弱いもの、高分子も可 | 医薬品・食品・化学品の純度と含量、分取 |
| イオンクロマトグラフィー | 液体（溶離液） | イオン交換体を詰めたカラム。イオン交換 | 水に溶けた陰イオン・陽イオン | 水道水などに溶けた陰イオン・陽イオンの定量 |
ガスクロマトグラフィー（GC）
ガスクロマトグラフィーは、移動相に気体を使う方式で、試料は注入口で瞬間的に気化され、ヘリウムや窒素などのキャリヤーガスに乗ってカラムを通ります。日本分析機器工業会によると対象はおおむね400℃程度までで気化する試料で、溶剤やガス、香料のように揮発しやすいものが得意です。
GC の通則は JIS K 0114（2012年改正）で、無機物と有機物の定性・定量分析の決まりごとを定めています。原油の分留で得たナフサや灯油のように沸点の近い成分が多い試料でも、細長いキャピラリーカラムと温度を上げていく操作で、成分ごとのピークに分けられます。
液体クロマトグラフィー（HPLC）とイオンクロマトグラフィー
高速液体クロマトグラフィー（HPLC）は、溶離液をポンプで加圧し、細かい充塡剤を詰めたカラムに通して分ける方式です。熱に弱い医薬品やたんぱく質、気化しない色素や樹脂も測れるため、医薬品・食品・化学品の分析で最も幅広く使われる方式の1つです。
通則の JIS K 0124 は2026年3月23日に改正され、分配・吸着・イオン交換・サイズ排除などの相互作用で分けると定義しています。この規格は定性・定量に加えて、分子量分布の測定と、分析のための精製を目的にした分取も対象にしています。
イオンクロマトグラフィーは、イオン交換体を詰めたカラムで、水に溶けた陰イオンや陽イオンを電荷の違いで分ける方式で、通則は JIS K 0127（2013年改正）です。水道水の検査では、シアンの公定法にイオンクロマトグラフで分けてから発色させて測る方法が使われています。
検出器（FID・UV・MS）の選び方
カラムで分けた成分は、出口の検出器で信号に変わります。方式が「どう分けるか」を決めるのに対し、検出器は「何に反応して、どこまで薄い量を見られるか」を決める部品で、同じ GC や HPLC でも、測りたい物質に合わせて検出器を選び替えます。
広く何でも見る検出器と、特定の物質だけを高い感度で見る検出器があります。
※検出下限は島津製作所の GC 基礎解説の目安で、物質と条件で変わります。HPLC には糖類に使う示差屈折率検出器（RID）なども使われます。
検出器は、光や熱、電気の変化を信号に換える点でセンサーの仕組みと同じ考え方です。選ぶときは、測りたい物質が光を吸収するか、炭素を含むか、ハロゲンを含むかを確かめ、必要な濃度の桁まで見られるかを検出下限で比べます。
工場・研究所でのクロマトグラフィーの使われ方
工場の品質保証部門や分析センターでは、原料の受け入れ検査から製品の出荷判定、クレーム品の原因調査まで、クロマトグラフィーが毎日のように使われます。品質保証・品質管理の仕事で扱う規格値の多くは、こうした分析装置の数字で判定されています。
品質管理：保持時間で確かめ、ピーク面積で測る
クロマトグラフィーの結果は、保持時間で「何か」を、ピークの高さや面積で「どれだけか」を読み取ります。ただし保持時間が同じでも別の物質が重なることがあるため、標準品と同じ条件で測って位置を照らし合わせ、必要に応じて質量分析計で中身を確かめるのが品質管理での基本です。
純度を手早く見る方法に、全部のピークの面積を足して目的成分の割合を出す面積百分率法があります。JIS K 0114 はこのほかに、濃度の分かった標準で検量線を作る絶対検量線法や、一定量の別の物質を加えて比べる内標準法なども定めていて、目的に合う定量法を選びます。
分析値を出荷判定に使う以上、装置そのものの信頼性も管理の対象です。標準品の測定で保持時間やピークの形を毎回確かめ、検出器や送液ポンプの点検、計測器の校正周期の台帳管理をそろえておくことで、数字の裏付けを示せます。
医薬品の残留溶媒と水道水の PFOS・PFOA
医薬品の製造では、合成や精製に使った有機溶媒が製品に残る量を、国際的な指針 ICH Q3C に沿って管理します。溶媒は毒性で3つのクラスに分けられ、発がん性のあるベンゼンのようなクラス1は使用を避ける溶媒で、ベンゼンの濃度限度は2 ppm です。
ICH Q3C は、残留溶媒の測定には通常ガスクロマトグラフィーのようなクロマトグラフィーを使うとしています。日本薬局方も一般試験法「2.46 残留溶媒」で確認・定量の方法を定めていて、医薬品メーカーの品質試験室では GC が欠かせない装置になっています。
水道では、有機フッ素化合物の PFOS と PFOA が2026年4月1日から水質基準になり、両者の合計で50 ng/L（1 Lあたり10億分の50グラム）以下と定められました。
検査方法は、環境省の通知で示された「固相抽出で検水を約1000倍に濃縮してから、液体クロマトグラフ－タンデム質量分析計（LC-MS/MS）で測る方法」が標準的です。
基準化後に使う告示法も、この通知法の課題を直した改良法として検討が進められました（国立医薬品食品衛生研究所の2025年8月の説明資料）。
こうした極めて薄い濃度の測定では、分ける力をもつクロマトグラフィーと、物質を見分ける力をもつ質量分析計の組み合わせが不可欠です。製品や排水に含まれる対象物質の調べ方はPFAS 規制の製造業への影響でも整理しています。
研究開発と樹脂の分子量分布（GPC）
樹脂やプラスチックは、長さの違う高分子の集まりで、分子量の分布によって強さや流れやすさが変わります。サイズ排除の仕組みで大きな分子ほど先に出てくるゲル浸透クロマトグラフィー（GPC）を使うと、分子量がどの範囲にどれだけあるかを1回の測定で描けます。
千葉県産業支援技術研究所は、GPC で樹脂やプラスチックの品質を確かめ、熱や紫外線、使用による劣化を評価できると紹介しています。劣化して分子が切れると分布が低分子側にずれるので、新品と使用品を並べて比べれば、材料がどこまで傷んでいるかの手がかりになります。
研究開発の仕事では、合成した新しい物質が狙いどおりできているかを HPLC や GC で確かめ、不純物の正体を質量分析計で調べます。クメン法のような化学プロセスでも、反応で生じる副生物を減らす条件探しに、成分ごとの量を測る分析が欠かせません。
分析室では、移動相に使うメタノールやヘキサンなどの可燃性・有害な溶媒、GC の水素や高圧ガスを日常的に扱います。換気と保護具、廃液の分別回収を手順に組み込むことは、職場の安全衛生の基本です。
分取クロマトグラフィーで成分を精製する
クロマトグラフィーは測るだけでなく、分けた成分を集めて精製する道具にもなります。これを分取クロマトグラフィーと呼び、JIS K 0124 も分析のための精製を目的にした分取を扱っていて、研究室の少量の精製から医薬品の工業生産まで規模の違う場面で使われています。
抗体医薬品の精製に使われるクロマトグラフィー
工業規模の代表例が抗体医薬品の精製で、東ソーの研究・技術報告（2014年）によると、動物細胞で作った抗体は、細胞を除いた後に Protein A アフィニティークロマトグラフィーで粗精製されます。その後、ウイルス不活化と中間・最終精製、ウイルス除去を経て製剤になります。
Protein A は抗体の決まった部分（Fc 領域）に結合するたんぱく質で、これを固定した充塡剤に培養液を通すと抗体を選んでつかまえ、高い純度で回収できます。
同報告では、培養の生産量は1 Lあたり1 g 未満から10 gまで上がった一方、精製の効率はあまり上がらず高コストの一因とされています。
培養でできた抗体を、性質の違うクロマトグラフィーを重ねて少しずつ純度を上げていきます。
※東ソー研究・技術報告 第58巻（2014年）が示す「プラットフォーム精製プロセス」の一例をもとに作成。中間・最終精製の方式は製品ごとに異なります。
同じ報告は、東ソーの新しい Protein A 充塡剤について、水酸化ナトリウム溶液での洗浄を200回繰り返しても吸着量の変化が10%以下だった試験結果も示しています（同社の試験）。
抗体と薬物をつないだ ADC（抗体薬物複合体）の国内生産では、富士フイルムの広野工場のように原料から一貫して受託する動きもあり、精製の効率は製造原価に直結します。
島津製作所など国内の分析機器メーカー
クロマトグラフの国内メーカーの1社である島津製作所は、1956年に国内で初めてガスクロマトグラフを開発した、というのが同社の説明です。
同社の発表を伝える電波新聞（2026年3月17日）によると、開発70年の節目に最上位機種「Nexis GC-2060」を発売し、FID の検出能力は従来比で約20%向上したとしています。
液体クロマトグラフでは、日立ハイテクアナリシス（2025年4月に日立ハイテクサイエンスから社名変更）の「Chromaster」が公設試験研究機関にも導入されています。ほかに、電気化学検出器ではジーエルサイエンス、精製用の充塡剤では東ソーなどの製品があります。
装置本体だけでなく、カラムや充塡剤といった消耗品も国内メーカーが手がけており、化学業界の構造を支える分析の土台になっています。
クロマトグラフィーのよくある質問
クロマトグラフィーは吸着と分配のどちらで分けているのですか？
方式と条件によって違い、1つの方法の中で両方が効いていることもあります。シリカゲルの表面にくっつく強さで分ける場合は吸着、固定相に保持された液体と移動相への溶けやすさで分ける場合は分配で、HPLC ではこのほかにイオン交換やサイズ排除も使われます。
Rf値が1を超えることはありますか？
ありません。成分は溶媒に運ばれて進むので、溶媒先端より先に行くことはなく、Rf 値は0から1の間に入ります。1に近い成分は溶媒に強く運ばれ、0に近い成分はほとんど原点から動いていないことを意味します。
ガスクロマトグラフィーと液体クロマトグラフィーはどう使い分けますか？
試料を加熱して気体にできるかどうかで分けるのが基本です。溶剤やガスのように揮発しやすい成分は GC、医薬品やたんぱく質、樹脂のように熱で分解したり気化しなかったりする成分は HPLC で測ります。
クロマトグラフィーの分析にはどれくらい時間がかかりますか？
日本分析機器工業会の解説では、1回の分析は短い場合で数分、長い場合には2時間程度かかります。成分が多く分けにくい試料ほど時間がかかるため、工場では分離の条件を工夫して分析時間を短くする取り組みも進んでいます。
まとめ
- クロマトグラフィーとは、固定相と移動相への親和力の差（吸着・分配など）で混合物を成分ごとに分ける方法
- ペーパークロマトグラフィーはろ紙が固定相、展開溶媒が移動相で、溶媒に運ばれやすい成分ほど遠くへ進む
- Rf 値＝原点からスポットの中心までの距離÷原点から溶媒先端までの距離で、0〜1の値。条件で変わるので標準物質と並べて比べる
- 気化できる成分は GC（JIS K 0114）、溶媒に溶ける成分は HPLC（JIS K 0124）、イオンはイオンクロマトグラフィー（JIS K 0127）、分子量分布は GPC
- 工場では純度・残留溶媒・水道水の PFOS・PFOA の測定に使われ、分取クロマトグラフィーは抗体医薬品の精製も担う
インクのにじみから始まったクロマトグラフィーは、いまでは製品の出荷判定や医薬品の精製を支える工業技術になっています。
分析を担う仕事は、品質保証・品質管理の仕事の流れや研究開発の仕事の流れの中で、製品の品質と新しい材料づくりを裏付けています。
出典
出典・参考資料（13件）を開く出典・参考資料を閉じる
- 原理・語源・GC と LC の違い・分析時間：日本分析機器工業会「分析の原理 04 クロマトグラフィーの原理と応用」
- GC の通則：日本規格協会 JIS K 0114:2012 ガスクロマトグラフィー通則 プレビュー
- HPLC の通則：日本規格協会 JIS K 0124:2026 高速液体クロマトグラフィー通則 プレビュー
- イオンクロマトグラフィーの通則：日本規格協会 JIS K 0127:2013 イオンクロマトグラフィー通則 プレビュー
- ペーパークロマトグラフィーの手順と Rf 値：慶應義塾大学 理工学部 化学実験「ペーパークロマトグラフィー」、IUPAC Gold Book「retardation factor, RF」
- 展開溶媒と分離の機構：日本化学会『化学と教育』65巻12号（2017年）「ペーパークロマトグラフィー―展開溶媒によって異なる分離の機構―」
- 分配クロマトグラフィー：The Nobel Prize in Chemistry 1952
- GC の検出器：島津製作所「Detector」（GC fundamentals）
- HPLC・GPC の用途：千葉県産業支援技術研究所「高速液体クロマトグラフ」、同「ゲル浸透クロマトグラフ」
- 残留溶媒：ICH Q3C(R9) Impurities: Guideline for Residual Solvents（2024年1月24日）、PMDA「一般試験法『2.46 残留溶媒』の改正案について」（2018年3月）
- PFOS・PFOA の水質基準：環境省 報道発表（2025年6月30日）、検査方法：国立医薬品食品衛生研究所「PFOS・PFOAの検査法検討状況について」（2025年8月8日、環境省の説明会資料）、環境省 令和6年度第2回水道水質検査法検討会 議事要旨、同 令和7年度第2回 議事要旨
- 抗体医薬品の精製：東ソー研究・技術報告 第58巻（2014年）「高吸着型新規プロテイン A 充塡剤の開発」
- 島津製作所の GC：電波新聞デジタル「島津製作所、ガスクロマトグラフ開発70年の集大成 最上位モデル投入」（2026年3月17日）
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