고속 크로마토그래피(UHPLC) 기반 분석 시간 단축 사례_생산성 향상을 위한 시스템 셋업과 실무 적용 전략

 

1. 도입: 분석실의 ‘속도’는 품질과 직결된다

약물 분석 실무에서 “속도”는 단순히 빠른 분석을 의미하지 않습니다. 속도가 올라가면 처리할 수 있는 샘플 수가 많아지고, 프로젝트 납기 일정이 줄어들며, 더 많은 분석 데이터를 확보함으로써 통계적 신뢰도 또한 향상됩니다. 특히 제약사의 분석팀이나 CRO에서는 몇 백 건에서 수천 건에 달하는 생체시료를 정해진 시간 안에 분석하고 리포트해야 하기 때문에, 속도는 곧 생산성과 품질의 핵심 변수가 됩니다.

이러한 흐름 속에서 최근 몇 년 사이 분석 현장에서는 기존의 HPLC에서 벗어나 초고속 액체크로마토그래피(UHPLC)로의 전환이 빠르게 이루어지고 있습니다. 하지만 단순히 장비만 바꾼다고 해서 모든 것이 해결되는 것은 아니죠. 어떤 시스템을 어떻게 셋업하느냐, 어떤 컬럼과 유속 조건을 어떻게 최적화하느냐가 분석의 질을 좌우하게 됩니다.

고속 크로마토그래피(UHPLC) 기반 분석 시간 단축 사례_생산성 향상을 위한 시스템 셋업과 실무 적용 전략

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2. UHPLC와 기존 HPLC의 기술적 차이

UHPLC(Ultra High Performance Liquid Chromatography)는 간단히 말해 고압과 미세입자 컬럼을 활용하여 분석 속도를 극대화한 기술입니다. 일반적인 HPLC가 최대 400 bar 내외의 압력에서 작동하는 반면, UHPLC는 최대 1000 bar까지 압력을 견디며 작동할 수 있습니다. 핵심 차이는 다음과 같습니다:

항목	HPLC	UHPLC
컬럼 입자 크기	3~5 µm	1.7 µm 이하
최대 압력	400 bar	1000 bar 이상
분석 시간	평균 10~30분	1~5분까지 단축 가능
샘플 처리량	낮음	고샘플 throughput 가능
가격	비교적 저렴	고가의 장비 필요

 

UHPLC는 입자 크기가 작을수록 더 큰 표면적을 제공해 분석 효율을 높이지만, 그만큼 압력이 높아야 하고, 시스템 유지보수도 더 정교해야 합니다.

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3. UHPLC를 통한 분석 시간 단축의 실제 사례

✔ 사례 1: 혈장 중 항생제 정량 분석 시간 70% 단축

한 국내 제약사에서는 기존 HPLC 방식으로 항생제 농도를 분석할 때 시료 1건당 약 18분이 소요되었습니다. 하루 약 60건의 샘플을 처리하던 것을 UHPLC로 전환하면서 분석 시간을 5분 이내로 줄였고, 하루 200건 이상 처리 가능한 자동화 시스템으로 확장했습니다. 이는 프로젝트 일정 단축뿐 아니라, 다량의 검체를 처리하면서도 정량성과 반복성 확보가 가능하다는 장점으로 이어졌습니다.

✔ 사례 2: LC-MS/MS 연계 UHPLC로 인한 연구실 생산성 2배 향상

바이오시밀러 개발을 위해 항체 약물(Antibody-Drug Conjugate)을 분석하던 국내 연구기관은 LC-MS/MS 시스템과 UHPLC를 통합하면서 기존 12분 분석 시간을 4분으로 단축시켰습니다. 동시에 컬럼 수명 및 압력 안정성 테스트를 병행하여 약 800건의 반복 분석이 가능하다는 것도 확인했습니다.

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4. 생산성 향상을 위한 UHPLC 시스템 셋업 전략

단순히 분석 시간을 줄이겠다고 무작정 유속을 높이거나 컬럼 길이를 줄이는 것은 위험합니다. 오히려 peak broadening, 분리도 감소, 백그라운드 노이즈 증가 등의 문제가 발생할 수 있죠. 따라서 아래와 같은 체계적 접근이 필요합니다.

① 컬럼 선택 전략

• 입자 크기 1.7 µm 이하의 C18 컬럼이 가장 많이 사용됨
• 짧은 길이 (50 mm 이하), 내경 2.1 mm, 고속 분석 최적화
• 제조사별로 동일한 화학적 특성을 가지더라도 분리 효율이 다르므로 사전 스크리닝 필수

② 시스템 안정성 확보

• UHPLC는 높은 압력에서 작동하므로, 배관 연결부와 컬럼 연결부의 누출 방지 필수
• 오토샘플러 작동 전 냉각 조건 확인 (특히 온도 민감한 약물)

③ 유속 및 그라디언트 설정

• 초기에는 일반적인 HPLC 대비 2~3배 빠른 유속으로 설정 후, peak 모양 평가
• 그라디언트 분석에서는 10분 그라디언트를 2분 이내로 줄이는 경우, 재현성 확인 필수

④ LC-MS/MS와의 연계 최적화

• 특히 분석 속도가 빨라지면 MS 측정 시간도 조정이 필요함
• dwell time, cycle time 재조정 필요: 분석 속도만 높이고 MS에서 처리 못하면 의미 없음

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5. 자동화 시스템과의 연계

UHPLC의 최대 장점 중 하나는 자동화 시스템과의 연동이 매우 적합하다는 것입니다.

• 시료 전처리 로봇과 연동하면 하루 24시간 무인 분석 가능
• LIMS(Laboratory Information Management System)를 통해 시료 흐름과 결과를 실시간으로 기록
• 다수의 컬럼을 자동으로 전환 가능한 컬럼 셀렉터 시스템을 적용하면, 한 장비로 여러 분석법 운영 가능

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6. UHPLC 도입 시 유의점

도입 초기에는 분석 속도보다 더 많은 문제점이 보일 수 있습니다. 예를 들어 다음과 같은 경우는 실제로 연구소나 생산 QC 부서에서 자주 겪는 문제입니다:

• 컬럼 압력 초과로 인한 파열
• peak tailing 또는 fronting 발생
• 배경 노이즈 증가로 LOD/LOQ 저하
• MS 연계 시 interface에서 잦은 clogging

이런 문제는 단순히 장비의 문제가 아니라, 유속, 용매 조건, 이온화 조건, 컬럼 conditioning 등의 미세 조정을 통해 극복이 가능합니다.

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7. 국내외 최신 동향

 

구분	국내	미국	유럽
UHPLC 도입 현황	상급종합병원 및 대형 제약사 중심	중소 연구소까지 보편화	유럽연합 규제 기준 내 분석 속도 고려
자동화 시스템 연계	LIMS + 로봇 연계 초기 도입	24시간 무인 분석 시스템 확산	Bioanalytical CRO에서 표준화
표준 SOP	자체 프로토콜 중심	FDA Bioanalytical Method Guideline에 근거	EMA 기준 기반, SOP 전환 가이드 제공

 

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8. 결론: 속도, 품질, 반복성의 균형이 관건

UHPLC는 단순히 “빠른 분석”이라는 장점에만 머무르지 않습니다. 오히려 정교한 설계와 시스템 최적화를 통해 생산성과 분석의 신뢰도를 동시에 끌어올릴 수 있는 기술입니다. 특히 약물 분석팀에서는 “분석 속도 단축”을 데이터 품질 향상과 연결시켜 생각할 필요가 있습니다.

분석 실무에서 우리가 마주하는 매일의 반복 작업 속에서도, 조금의 개선과 전략이 얼마나 큰 차이를 만들어낼 수 있는지를 UHPLC 시스템은 잘 보여줍니다. 결국 중요한 것은 도입 그 자체가 아니라, 그 기술을 어떻게 우리의 현장과 목적에 맞게 다듬고 셋업하느냐에 달려 있습니다.