의약품 니트로사민 분석법

의약품 중 니트로사민류 분석에는 주로 크로마토그래피와 질량분석기 조합이 사용됩니다. 시료 내 니트로사민류를 크로마토그래피로 분리한 뒤, 질량분석기로 검출 및 정량하는 것입니다. 아래에서 여러 분석법을 자세히 알아봅니다.

 

물질 고유의 질량-전하비 (m/z)를 이용해 선택적이고 정확한 정량이 가능합니다.

니트로사민 분석방법 및 장비 작동원리 비교

크로마토그래피

• LC(액체 크로마토그래피): 이동상(주로 포름산 함유 물/메탄올)과 컬럼(예: PFPP, C18 등)으로 구성되어 니트로사민류를 분리합니다.
• GC (기체 크로마토그래피): 시료를 높은 컬럼 온도로 가열해 기체로 만든 뒤 분리합니다. 휘발성이 높아 쉽게 기화되며, 열에 강한 (가열해도 분해되지 않는) 물질의 분석에 적합합니다. 
• HSGC (헤드스페이스 기체 크로마토그래피): 일정 온도에서 가열하여 시료 위 공간 (headspace)으로 휘발된 성분만을 채취하여 분석합니다. 전처리가 간단하고 복잡한 매트릭스에서 휘발성 성분만 선택적으로 분석할 수 있어 비휘발성 불순물의 간섭을 최소화합니다. 

질량분석기

• MS (질량분석기): 시료를 이온화하여 전하를 띤 이온으로 변환한 뒤 전기장 혹은 자기장 내에서 가속시켜 분석관 (통상 사중극자 Quadrupole를 사용)을 통과시키면 이온들이 질량-전하비 (m/z)에 따라 분리됩니다. 이때, 이온화 방식은 시료 상태에 따라 APCI(대기압화학이온화) 또는 ESI(전자분무이온화) 중에서 선택할 수 있습니다. 검출기는 이온의 신호를 감지하여 각 화합물의 m/z값과 상대적인 양을 기록합니다. 단순한 혼합물, 농도가 높은 시료, 방해물질이 적을 때 사용합니다. 분석 속도가 빠르지만, 복잡한 시료에서는 방해 신호(노이즈)가 많을 수 있습니다.
• MS/MS(텐덤 질량분석기): 두 대의 MS를 사용하는 분석법입니다. 첫 번째 MS에서 특정 이온(분자)을 선택한 뒤, 이 이온을 부딪혀 조각내고, 두 번째 MS에서 이 조각들의 질량을 다시 측정합니다. 이렇게 하면 복잡한 혼합물 속에서도 원하는 물질만 골라서 아주 정확하게 분석할 수 있습니다. 노이즈(방해 신호)가 적어 극미량 분석에 유리합니다.
• HRMS (고분해능 질량분석기): 이온의 m/z를 정수 단위로 구분하는 일반 질량분석기와 달리 소수점 단위로 정밀하게 측정할 수 있습니다. 이온의 궤도 진동수, 비행 시간, 또는 자기장 내 궤도 반경 등 물리적 특성을 정밀하게 측정하여 아주 미세한 질량 차이까지 구분합니다. 이를 통해 분자 구조가 비슷한 성분도 정확하게 구별할 수 있습니다.

주요 용어 설명

• MRM(Multiple Reaction Monitoring): MRM은 질량분석기에서 특정 이온(부모 이온)을 선택해 조각낸 후, 그 조각(딸 이온)만 골라서 감지하는 방법입니다. 이 방식은 원하는 물질만 골라서 아주 미세한 양까지 정확하게 측정할 수 있게 해줍니다.
• APCI(대기압화학이온화): APCI는 시료를 고온에서 기체로 만든 뒤, 화학반응을 통해 이온으로 바꾸는 방법입니다. 주로 휘발성이 있거나 극성이 낮은 물질을 분석할 때 사용합니다.
• ESI(전자분무이온화): ESI는 액체 상태의 시료를 아주 가는 바늘로 분무하면서 전기를 걸어 이온으로 만드는 방법입니다. 이 방식은 단백질이나 펩타이드처럼 크고 복잡한 분자도 부드럽게 이온화할 수 있어, 다양한 생체분자 분석에 널리 쓰입니다.
• 트리플쿼드러플(Triple Quadrupole) 구조: 트리플쿼드러플은 세 개의 사중극자(막대 네 개로 이루어진 필터)를 직렬로 연결한 구조입니다.첫 번째와 세 번째는 이온을 선택하고, 두 번째는 이온을 부딪혀 조각내는 역할을 하여, 매우 선택적이고 민감한 분석이 가능합니다. 사중극자는 네 개의 막대(전극)로 이루어진 장치로, 전기장을 이용해 특정 질량의 이온만 통과시키는 필터 역할을 합니다. 이 덕분에 원하는 질량의 이온만 골라서 분석할 수 있습니다.
• Divert valve(디버트 밸브): 디버트 밸브는 분석 중 필요 없는 용매나 불순물(예: 매트릭스, 초기 용리액 등)이 질량분석기로 들어가지 않도록 흐름을 조절하는 장치입니다. 이 밸브를 사용하면 분석기 오염을 막고, 원하는 성분만 질량분석기로 보낼 수 있습니다.

 

일반적인 유기불순물(organic impurities) 분석법과의 공통점 및 차이점

구분	공통점	차이점
분석원리	크로마토그래피(LC, GC) 기반 분리 및 질량분석기(MS) 검출	니트로사민류는 극미량(ng/mL 이하) 검출 필요, MRM 등 고감도 모드 필수
전처리	용매추출, 여과, 내부표준법 등	니트로사민류는 휘발성·극미량 특성상 농축·증발 과정 생략, SPE/LLE 등 농축법 제한적 매트릭스 효과 최소화를 위해 분석대상 성분만 질량분석기로 도입되도록 divert valve 활용 가능.
장비	LC, GC, MS, 자동주입기 등	니트로사민류는 주로 LC-MS/MS, GC-MS 중 고감도 장비 사용, APCI/ESI 등 이온화 방식 선택적 적용
밸리데이션	직선성, 정확도, 정밀도, 회수율 등 평가	니트로사민류는 극저농도에서의 신호대잡음비(S/N), 정량한계(LOQ) 등 추가적 시스템 적합성 요구

 

주요 참고문헌

식품의약품안전처, 사르탄계열 의약품 중 니트로사민류 시험방법

식품의약품안전처, [민원인안내서] 의약품 중 변이원성‧발암성 불순물 안전관리 가이드라인

Agilent, 액체 크로마토그래피/질량분석법 기초

JEOL, 가스크로마토그래프-질량분석기(GC-MS)란?