약물 분석 중 발생 가능한 분석기기 간 상관 편차 (LC-MS vs GC-MS vs HPLC 등 비교)

 

---

1. 서론: 약물 분석에서 기기 간  상관 편차의 중요성

정확한 약물 농도 측정은 임상시험, 치료 약물 모니터링(TDM), 약물동태학 연구 등 여러 의약품 개발 및 적용 단계에서 핵심적인 역할을 합니다. 이를 위해 다양한 분석기기들이 활용되며, 그중에서도 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 기체 크로마토그래피-질량분석(GC-MS), 액체 크로마토그래피-질량분석(LC-MS/MS)는 대표적인 약물 분석 플랫폼입니다. 그러나 이들 기기 간에는 민감도, 특이도, 분석 시간, 시료 전처리 조건 등에서 다양한 차이가 존재하며, 동일한 시료라도 분석 결과에 미묘한 상관 편차가 발생할 수 있습니다.

이 글에서는 이러한 분석기기 간 상관 편차(inter-instrumental variability)의 원인과 실제 사례를 중심으로, 어떤 상황에서 어떤 기기를 선택해야 하는지에 대한 실무적 인사이트를 제시합니다.

---

2. 각 분석기기의 특성 요약

 

분석기기	주요 원리	장점	단점	적용 예시
HPLC	이동상과 고정상 간 상호작용을 통한 분리	비용 효율적, 비질량검출 기반	감도가 낮음, 선택성 제한	함량 시험, 불순물 분석
GC-MS	휘발성 화합물의 분리 후 질량분석기 검출	분리능 우수, 휘발성 화합물에 최적	열적 안정성 요구, 파생화 필요	대사체 분석, 잔류농약 분석
LC-MS/MS	액체 크로마토그래피 + Tandem MS	고감도, 고특이도, 극미량 검출 가능	장비 고가, 유지관리 부담	TDM, 생체시료 내 약물 정량

---

3. 분석기기 간 상관 편차의 주요 원인

1) 시료 전처리 방식의 차이

• GC-MS는 일반적으로 휘발성이 필요하므로 유도체화(derivatization) 과정을 반드시 거쳐야 하며, 이로 인해 분석 민감도 및 정량 정확도에 영향을 줍니다.
• 반면 LC-MS/MS는 비교적 복잡한 매트릭스에서도 직접 분석이 가능하므로, 전처리 방식에 따른 편차가 줄어드는 경향이 있습니다.
• HPLC는 주로 UV 검출기를 사용하며, 전처리 시 매트릭스 성분의 간섭이 클 수 있습니다.

2) 검출기 종류에 따른 응답 특성 차이

• HPLC는 UV, DAD, RI 등 비질량 기반 검출기를 사용하는 반면, LC-MS/MS 및 GC-MS는 질량 기반 검출기로서 구조 기반 정량에 강점을 보입니다.
• 동일 화합물이라도 흡광도 차이, 이온화 효율 차이, 파생체 안정성 차이로 인해 기기 간 결과가 상이해질 수 있습니다.

3) 기기 간 Calibration Range 및 선형성 범위 차이

• LC-MS/MS는 넓은 범위의 Calibration curve 설정이 가능하며 극미량 분석에 유리한 반면, HPLC는 상대적으로 좁은 선형성 범위를 갖습니다.
• GC-MS는 peak tailing 문제나 열적 불안정성에 따라 선형성이 저해될 수 있습니다.

4) 매트릭스 효과(Matrix Effect)의 기기별 반응

• LC-MS/MS는 생체시료 내에서 발생하는 이온 억제/증강(Ion suppression/enhancement) 현상이 있어, 내부표준(IS) 보정을 필수로 요구합니다.
• GC-MS는 파생화로 인해 매트릭스 영향이 줄어들 수 있으나, 복잡한 시료에서는 신호 간섭 가능성 존재.
• HPLC는 UV 응답 기준이므로, 매트릭스 내 동일 파장대의 간섭 물질 존재 시 분석 오차 가능성이 큽니다.

---

4. 기기 간 편차가 실제 분석에 미치는 영향

사례 1) 테오필린 정량 분석에서의 LC-MS/MS vs HPLC

• LC-MS/MS: 혈장에서 테오필린을 1ng/mL 이하 수준까지 정확히 정량 가능하며, 이온 억제를 내부표준으로 보정 가능.
• HPLC: 감도가 상대적으로 낮아 100ng/mL 이하에서는 정량 오차 증가, 다량의 백색 시료 전처리 필요.

사례 2) 항생제 파생체의 GC-MS 분석

• Piperacillin 등 일부 항생제는 유도체화 과정에서 열적 불안정성을 보여 반복 측정 시 정량 오차가 증가.
• 같은 화합물을 LC-MS로 분석할 경우, 파생화 없이 안정적으로 분석 가능.

---

5. 기기 간 비교 분석 시 주의사항 및 개선 전략

1. 표준물질의 동일성 확보: 기기 간 비교 시 동일 로트의 Reference Standard 사용이 필수적입니다.
2. 검출기 보정의 통일화: UV vs MS 간 응답값은 직접 비교 불가하므로, 상대적 정량값 비교가 아닌 교차보정(Cross-calibration)을 실시해야 합니다.
3. 내부표준(IS)의 일관성: LC-MS/MS에서는 stable isotope-labeled IS를 사용하는 것이 바람직하며, GC-MS도 IS 선택 시 파생체 구조 유사성을 확보해야 합니다.
4. 검증(Validation) 기준 분리: 각 기기에 특화된 validation 기준을 따르고, 동일 시험이라도 기기별 SOP(Standard Operating Procedure)를 별도로 설정해야 합니다.
5. 시료 전처리 프로토콜의 맞춤화: 매트릭스에 따른 전처리 방식 차이가 결과에 결정적 영향을 줄 수 있으므로, 기기별 최적화된 방법을 따릅니다.

---

6. 결론 및 제언

약물 분석에서의 기기 간 상관 편차는 단순한 기술적 차이를 넘어, 분석 결과 해석의 정확도와 임상적 의사결정의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 LC-MS/MS, GC-MS, HPLC는 각기 고유의 분석 조건과 강점을 지니고 있어, 동일한 분석 타겟이라 하더라도 '분석 목적', '시료 특성', '규제 요건', '비용 및 시간' 등을 고려하여 적절한 기기를 선택해야 합니다.

분석기기 간 비교 시에는 단순한 수치 비교보다는, 해당 기기의 원리와 제약 조건에 기반한 비교 해석 능력이 중요합니다. 따라서 분석팀은 다중 플랫폼 간 데이터를 융합하여 해석할 수 있는 능력을 지속적으로 키워야 하며, 이를 통해 보다 정밀하고 재현 가능한 분석 결과를 도출하고, 임상 및 연구 현장에서 신뢰받는 데이터를 제공할 수 있을 것입니다.

약물 분석 중 발생 가능한 분석기기 간 상관 편차 (LC-MS vs GC-MS vs HPLC 등 비교)