정성분석 정량분석 차이는 결과가 성분의 정체를 설명하는지, 그 성분의 양을 수치로 나타내는지에 있다. 정성분석은 성분 확인과 미지 물질 탐색에, 정량분석은 함량 측정과 농도 변화 확인에 사용한다. GC/HPLC에서는 같은 측정 자료로 두 분석을 수행할 수 있지만, 성분 확인 근거와 농도 계산 근거를 각각 확보해야 한다.
목차
정성분석 정량분석 차이는 결과가 답하는 질문에 있다
정성분석은 시료에 어떤 성분이 있는지 확인하고, 정량분석은 특정 성분이 얼마나 있는지 측정한다. 성분의 존재나 정체를 알아야 할 때는 정성분석을, 농도나 함량이 필요할 때는 정량분석을 사용한다. 특정 물질의 농도를 보고하려면 측정 신호가 그 물질에서 나온 것이라는 확인도 뒷받침되어야 한다.
IUPAC의 정성분석 정의는 물질의 화학적·물리적 성질을 이용한 식별과 분류에 초점을 둔다. 정량분석 정의는 성분의 양이나 농도를 적절한 단위의 수치로 표현하는 분석이며, 수치가 부여되는 성분의 식별을 전제로 한다.
정성분석과 정량분석 비교
| 구분 | 정성분석 | 정량분석 |
|---|---|---|
| 핵심 질문 | 어떤 성분인가 | 얼마나 있는가 |
| 결과 형태 | 성분 확인 | 농도·함량 수치 |
| 주요 목적 | 정체 확인 | 양 측정 |
정성분석과 정량분석은 분석 목적에 따라 함께 쓴다
원료가 의도한 물질인지 확인하거나 예상하지 못한 성분을 조사할 때는 정성분석이 중심이 된다. 이미 분석 대상이 정해져 있고 제품 함량이나 공정 중 농도 변화를 확인할 때는 정량분석이 중심이 된다.
예를 들어 제품에서 새로운 피크가 나타났다면 먼저 그 신호가 어떤 성분과 관련되는지 조사한다. 피크는 크로마토그래피에서 분리된 성분이 검출되며 나타나는 신호 봉우리이며, 피크 하나가 반드시 순수한 성분 하나를 뜻하지는 않는다.
그 성분의 양까지 알아야 한다면 정량에 적합한 표준물질과 계산 방법을 마련한다. 반대로 일상적인 함량 시험에서는 매번 미지 물질의 구조를 새로 밝히는 대신, 이미 검증한 성분 확인 조건과 정량 절차를 함께 적용한다.
GC/HPLC에서는 피크의 정체를 먼저 확인한다
GC는 기체를 이동상으로 사용하는 기체크로마토그래피이고, HPLC는 액체를 이동상으로 사용하는 고성능 액체크로마토그래피이다. 이동상은 시료 성분을 컬럼 안으로 운반하는 유체이며, 컬럼은 성분마다 이동 속도가 달라지도록 분리하는 장치이다.
정성 확인에서는 시료와 표준물질의 머무름시간을 같은 분석 조건에서 비교한다. 표준물질은 성분의 정체나 농도 등이 알려진 비교용 물질이고, 머무름시간은 시료 주입부터 해당 피크가 검출될 때까지의 시간이다.
머무름시간이 비슷하다는 사실만으로 성분의 정체가 확정되지는 않으므로 검출기가 제공하는 추가 정보를 함께 살핀다. GC-MS에서는 이온의 질량 대 전하비에 따른 신호 분포인 질량스펙트럼을, HPLC의 다이오드 배열 검출기에서는 파장에 따른 자외선 흡수 양상인 자외선 스펙트럼을 비교할 수 있다.
어떤 확인 근거가 필요한지는 분석 대상과 시험 목적에 따라 달라진다. 표준물질 첨가나 다른 분리 조건에서의 비교는 확인 근거를 보강하지만, 피크 겹침 가능성이 남아 있으면 그 한계도 함께 기록한다.
피크의 정체 확인 흐름
- 비교 조건 확인
시료와 표준물질을 같은 조건에서 비교한다. - 머무름시간 비교
시간 일치와 피크 겹침 가능성을 살핀다. - 추가 정보 비교
가능한 검출기에서 스펙트럼을 비교한다. - 확인 한계 기록
시험 목적에 필요한 근거와 남은 불확실성을 기록한다.
정량분석은 피크 면적을 농도로 바꾸는 근거가 필요하다
피크 면적은 피크 아래의 검출 신호를 시간에 따라 합한 값이다. 같은 성분을 같은 조건에서 측정하면 면적과 농도의 관계를 이용할 수 있지만, 면적 자체가 곧 농도나 질량은 아니다.
검량선은 농도를 아는 표준용액의 농도와 검출 신호 사이의 관계를 나타낸 것이다. 외부표준법은 별도로 측정한 표준용액의 응답과 시료 응답을 비교하고, 내부표준법은 표준용액과 시료에 일정하게 넣은 기준 물질에 대한 대상 성분의 응답비를 이용한다.
어느 방법이든 농도 계산에는 해당 성분과 검출 조건에 맞는 관계를 사용한다. 검량선이 적용되는 범위를 벗어난 신호를 그대로 계산하거나, 다른 성분의 검량선을 보정 근거 없이 가져오면 숫자의 의미가 달라진다.
기기에 주입한 용액의 농도를 얻은 뒤에는 희석배수와 전처리 부피 등을 반영해 원래 시료의 결과로 환산한다. 고체 시료의 질량당 함량을 구하는 경우에는 시료 질량도 필요하므로, 용액 농도만 계산한 결과와 구분한다.
가상의 예시로 성분 확인과 농도 계산을 구분한다
다음은 설명을 위한 가상의 예시이며, 특정 공정시험기준의 수치가 아니다. 액체 시료에 들어 있는 성분 A를 HPLC로 분석하고, 해당 시험법의 성분 확인 조건을 충족했으며 다른 성분의 간섭은 없다고 가정한다.
원액 10 mL를 취해 최종 부피가 100 mL가 되도록 희석하면 희석배수는 100 ÷ 10 = 10이다. 주입 용액에 적용되는 검량식이 y = 10,000x + 1,000이고, x가 농도(mg/L), y가 피크 면적일 때 시료 면적을 31,000이라고 가정한다.
주입 용액의 농도는 x = (31,000 − 1,000) ÷ 10,000 = 3.0 mg/L이다. 가정한 검량 범위가 1.0~10.0 mg/L라면 이 값은 범위 안에 있으며, 원액 농도는 3.0 × 10 = 30 mg/L로 계산된다.
이 예시에서 정성 결과는 성분 A로 확인했다는 것이고, 정량 결과는 원액의 A 농도가 30 mg/L라는 것이다. 이 환산은 추가 농축이나 추출 손실이 없는 단순 희석 조건에 적용하며, 고체 시료나 추출 시료에는 그대로 사용하지 않는다.
가상 정량 예시의 계산
| 항목 | 넣은 값 또는 계산 | 결과 |
|---|---|---|
| 희석배수 | 100 mL ÷ 10 mL | 10 |
| 주입 용액 농도 | (31,000 − 1,000) ÷ 10,000 | 3.0 mg/L |
| 가상 검량 범위 | 1.0~10.0 mg/L | 3.0 mg/L는 범위 안 |
| 원액 농도 | 3.0 mg/L × 10 | 30 mg/L |
검출됐다는 사실과 정량할 수 있다는 사실은 다르다
검출한계는 성분의 존재를 검출할 수 있는 가장 낮은 양의 수준이며, 그 수준에서 정확한 수치 정량까지 보장하는 것은 아니다. 정량한계는 정해진 정확도와 정밀도로 양을 측정할 수 있는 가장 낮은 수준이다.
정확도는 기준값과 측정값이 얼마나 가까운지, 정밀도는 반복 측정값들이 얼마나 가까운지를 뜻한다. 의약품 분석법 검증을 다루는 ICH Q2(R2)는 두 한계를 구분하며, 정량한계에서의 성능 확인을 설명한다.
따라서 성분 확인 근거가 확보되어도 농도가 정량한계보다 낮으면 신뢰할 수 있는 수치 보고가 제한될 수 있다. 반대로 신호가 검출한계를 넘었다는 사실만으로 그 신호의 정체가 확인되는 것도 아니다.
머무름시간 일치와 면적 비율에서 흔히 생기는 오해
표준물질과 같은 시간에 피크가 나왔다는 이유만으로 미지 성분을 확정하면 피크 겹침을 놓칠 수 있다. 성분이 검출되지 않았다는 결과 역시 시료에 전혀 없다는 뜻으로 확대해서는 안 되며, 적용한 전처리와 분석법의 검출 능력 안에서 해석한다.
전체 피크 면적 중 특정 피크가 차지하는 비율을 바로 질량 순도나 함량으로 읽는 것도 주의할 지점이다. 성분마다 검출기 응답이 다를 수 있고 검출되지 않는 성분도 있으므로, 면적 비율을 함량으로 사용하는 방법에는 그 해석을 뒷받침하는 조건과 근거가 필요하다.
질량스펙트럼 검색에서 높은 일치도를 얻었다고 해서 모든 경우에 구조가 확정되는 것도 아니다. 검색 결과를 후보 선정에 활용하되, 유사 구조 물질과 혼합 신호 가능성을 검토하고 목적에 맞는 추가 확인을 연결한다.
관련해서 검량선 원리, 피크 면적이 농도가 되는 이유 글도 참고할 만하다.
다음 시험 전에 확인할 분석법과 보고 단위
먼저 결과를 어디에 사용할지 정하고, 필요한 결과가 성분 확인인지 농도 측정인지 문서에 적는다. 이어 분석 대상, 시료 종류, 전처리, 검출기, 성분 확인 근거와 정량 계산식을 연결해 확인한다.
품질보증은 결과의 신뢰성을 확보하는 체계이고, 품질관리는 그 체계 안에서 수행하는 구체적인 점검 활동이다. 실무에서는 공시험으로 오염 신호를 살피고, 농도를 아는 점검용 시료로 정량 결과를 확인하는 등 분석 목적에 맞는 점검을 계획한다.
의약품의 출하·안정성 시험을 대상으로 하는 ICH Q2(R2)의 분석법 검증 원칙은 확인 시험과 정량 시험의 목적을 구분해 적용한다. 공정시험기준을 사용하는 업무에서는 해당 시험법의 적용 대상과 보고 방법을 확인하고, 법정 판정 조건은 해당 조문 원문에서 확인한다.
마지막으로 결과가 주입 용액의 농도인지 원래 시료의 농도인지, 질량당 함량인지 확인한다. 성분 확인의 확실성, 계산에 반영한 희석과 전처리, 저농도 결과의 보고 범위를 함께 기록하면 다음 검토자가 결과의 의미를 판단하기 쉽다.
시험과 보고 전 확인 사항
- ✓분석 목적이 성분 확인인지 농도 측정인지 적는다.
- ✓시료와 분석법의 적용 조건을 확인한다.
- ✓성분 확인 근거와 간섭 가능성을 확인한다.
- ✓검량 범위와 정량한계를 확인한다.
- ✓희석·전처리 환산과 최종 보고 단위를 확인한다.
- ✓공정시험기준의 보고 방법과 해당 조문 원문을 확인한다.
