HRMS 기반 구조 동정 vs. Triple Quad 기반 정량 분석의 실무적 경계

― 국내 제약사 분석팀을 위한 현실적 활용 전략과 workflow 비교

---

1. 서론: 두 기기의 목적은 “서로 다르고”, 그래서 “서로 필요하다”

신약 개발 과정에서 약물 분석팀은 항상 두 가지 요구 사이를 오가게 된다.
하나는 정확한 농도 측정, 다른 하나는 약물이 어떤 형태로 변하는지 구조적으로 파악하는 것이다.

그래서 대부분의 제약사 분석실에는 두 종류의 장비가 공존한다.

• HRMS(High Resolution Mass Spectrometry)
  → Q-TOF, Orbitrap 등
  → 정체를 알 수 없는 unknowns를 밝히는 장비
• Triple Quadrupole (Triple Quad, QqQ)
  → TSQ, 6500+, 8060 등
  → 정량을 위해 존재하는 장비

이 둘은 가격도 다르고, 분석 속도도 다르고, 분석에서 수행하는 역할도 완전히 다르다.
하지만 많은 팀에서 하나의 질문이 반복된다.

“우리는 HRMS만 있으면 정량도 가능하지 않나요?”
“Triple Quad로도 product ion 확인이 되는데 굳이 HRMS가 필요한가요?”
“기술적으로는 비슷해 보이는데, 실무적으로는 어떻게 구분해야 할까요?”

실무에서는 이 구분을 잘못하면

• validation 일정이 무너지고
• ISR 실패율이 높아지고
• stability나 degradation 평가에서 오류가 생기고
• regulatory risk가 커지고
• 분석팀 전체 일정이 흔들릴 수 있다.

본 글에서는 HRMS 기반 구조 동정과 Triple Quad 기반 정량 분석을
“원리–장비–데이터–실무 workflow” 단위로 나누어 현실적으로 구분하고,
제약사 분석팀이 어떤 전략으로 두 기기를 병행해야 가장 효율적인지
아주 구체적으로 설명해 보겠다.

2. HRMS와 Triple Quad의 목적은 처음부터 다르게 설계되었다

2.1 HRMS의 목적: 분자량과 Fragmentation 패턴 기반 ‘구조’를 밝힌다

HRMS는 high resolution(30,000~240,000 수준)의 질량 정확도(1~5 ppm)를 제공한다.
이 높은 정확도는 구조 동정에 핵심적인 역할을 한다.

HRMS의 주요 기능

• 정확한 분자량 측정
• Elemental composition 추정
• MS/MS fragmentation 패턴 분석
• unknown impurity·metabolite 구조 제안
• isotopic distribution 분석
• mass defect filtering

HRMS가 결정적으로 필요한 순간은 언제인가?

• 약물이 예기치 못한 방식으로 대사될 때
• 분해산물(degradation product) 정체를 확인해야 할 때
• LC-MS/MS 정량 peak가 불안정하거나 co-elution 의심될 때
• 식약처/FDA 제출용 구조 확인이 필요할 때

즉, HRMS는 정체 확인(identification) 중심 장비다.

2.2 Triple Quad의 목적: 단일 이온 전이(MRM) 기반로 ‘수량’을 측정한다

Triple Quad는 정량을 위한 장비다.
수백~수천 개의 sample을 매우 높은 재현성과 민감도로 분석하도록 설계되었다.

Triple Quad의 강점

• 극민감도 (fg~pg 수준)
• 폭넓은 동적 범위 (4–5 log)
• 낮은 background noise
• fast polarity switching
• scheduled MRM → 고처리량 분석에 적합
• method validation 및 ISR의 최종 선택

즉, Triple Quad는 정량(quantification) 중심 장비다.

3. “HRMS로 정량하면 되지 않나요?”에 대한 실무적 답변

표면적으로는 HRMS도 intensity 기반 정량이 가능하고,
Orbitrap과 Q-TOF 장비들은 최근 5–10년 사이 감도가 크게 향상되어
“정량도 된다”는 기능을 강조한다.

하지만 실무에서는 다음과 같은 문제가 즉시 발생한다.

문제 1: 감도가 부족하다 (특히 LLOQ)

HRMS의 LLOQ는 Triple Quad 대비 10–100배 낮다.

예:

• Q-TOF LLOQ: 1 ng/mL
• Triple Quad LLOQ: 0.01 ng/mL

FIH 초기, micro-dosing, pediatric PK에서는 절대로 HRMS로 커버가 안 된다.

문제 2: 스캔 속도가 느리다 (10–20 Hz vs 500–1000 transitions/min)

초고속 LC를 사용할 경우
peak width가 3–5 sec로 매우 짧아지면
이 구간에서 얻는 data point 수가 HRMS는 절대적으로 부족하다.

정량 precision이 급격히 떨어진다.

문제 3: dynamic range가 좁다 (2–3 log)

반면 Triple Quad는 4–5 log의 광범위한 농도 분석이 가능하다.
Dose-escalation PK에서는 필수 능력이다.

문제 4: matrix effect 및 background noise에 약하다

HRMS는 full scan이 기본 → background가 많음
Triple Quad는 selective → background 최소화

결론: HRMS는 정량할 수는 있지만, “규제용 정량”은 Triple Quad로만 가능하다

즉,

Method Validation / ISR / Regulatory Submission은 무조건 Triple Quad가 담당한다.
HRMS는 구조 동정과 method development 초기 탐색 단계에서 역할을 한다.

 

4. HRMS 기반 구조 동정이 필요한 경우 (실무 사례 중심)

아래 사례들은 실제 분석팀에서 가장 흔히 접하는 HRMS 사용 상황이다.

4.1 Case 1: Metabolite profiling에서 unknown metabolite 등장

HRMS로 다음을 순차적으로 수행한다.

1. 정확한 분자량 측정 → formula estimation
2. mass defect 분석
3. isotope pattern 비교
4. MS/MS fragmentation match
5. 예상 metabolic pathway와 매핑
6. 구조 후보 제시

Triple Quad로는 절대 수행 불가능한 영역이다.

4.2 Case 2: Stability 시험에서 unexpected degradation product 등장

ICH Q1A 안정성 규제에서
unknown degradation product는 반드시 구조 확인이 필요하다.

이때 HRMS가 없으면
외부 CRO를 사용해야 하고
프로젝트 일정은 4~12주까지 지연된다.

이 지연 자체가 큰 리스크다.

4.3 Case 3: Co-elution 의심되어 정량이 흔들리는 경우

Triple Quad chromatogram에서 peak 모양이 흔들리면
대부분 분석러들은 “column 문제?” “matrix effect?” 또는 “전처리?”를 먼저 떠올리지만
실제 원인은 다음 중 하나일 때가 많다.

• 동일 mass를 가진 isobaric compound
• adduct 변형
• in-source fragment
• epimer/isomer co-elution

이럴 때 HRMS full scan과 MS/MS를 보면
불순물 패턴이 그대로 드러난다.

4.4 Case 4: API 합성 중간체의 잔류물 확인

QC나 합성연구소에서 API 원료의 미량 중간체를 확인해야 할 때
정확한 분자량과 fragment가 필요하다.

Triple Quad는 단일 MRM 전이만 보기 때문에
“무엇인지”는 알 수 없다.

5. Triple Quad 기반 정량 분석이 필요한 경우

반대로 Triple Quad가 필수적인 경우는 다음과 같다.

5.1 Bioanalysis: PK/TK sample 정량

모든 임상/비임상 PK quantification은 Triple Quad가 수행한다.
HRMS로는 정량 validation 항목(accuracy, precision, LLOQ, ISR)을 충족하기 어렵다.

5.2 TDM(Therapeutic drug monitoring)

TDM은 낮은 농도, 높은 throughput이 동시에 필요하다.
병원 실험실 및 제약사 TDM 플랫폼은 100% Triple Quad 기반이다.

5.3 Residual solvent, impurity quant, metabolite quant

규제용 quant는 무조건 Triple Quad이다.

5.4 Formulation 비교, BE study 분석

AUC, Cmax 비교 등 통계 분석이 들어가는 PK 연구는
모두 high-precision quantification이 필수.

6. 두 장비의 “실무적 경계선”을 명확하게 정리

다음 표는 분석팀에서 가장 실용적인 기준이다.

6.1 목적 기반 비교

 

목적	HRMS	Triple Quad
구조 동정	◎	X
Unknown impurity 확인	◎	X
약물/대사체 정량	△ (가능하나 비추천)	◎ (표준)
Method validation(M10)	X	◎
Stability 시험	△ (구조 동정에 필요)	◎ (정량에 필요)
PK/TK 분석	X	◎
Screening (non-targeted)	◎	X
High-throughput 분석	X	◎

---

6.2 성능 지표 기반 비교

 

항목	HRMS	Triple Quad
Resolution	30,000–200,000	0 (unit resolution)
Sensitivity	중간	매우 높음
Dynamic range	2–3 log	4–5 log
Scan mode	Full scan 중심	MRM 중심
Background noise	높음	매우 낮음
Chromatographic 요구	엄격	온화
Throughput	낮음	매우 높음

---

7. Method 개발 workflow에서 HRMS와 Triple Quad가 협업하는 방식

 

7.1 Step 1: HRMS 기반 탐색 (Discovery Phase)

• 정확한 m/z 탐색
• adduct 유형 확인
• in-source fragmentation 파악
• MS/MS fragmentation 분석
• matrix interference 평가
• 가장 안정적인 fragment ion(→ MRM transition) 후보 선정

이 단계의 결과물이 바로 Triple Quad method 개발의 재료가 된다.

즉, HRMS는 method development blueprint를 제공한다.

7.2 Step 2: Triple Quad 기반 정량 method 개발 (Development Phase)

HRMS에서 선정된 precursor/product ion 조합을 기반으로
Triple Quad에서 다음을 최적화한다.

• collision energy
• declustering potential
• scheduling window
• LC gradient
• LOQ 검증
• 전처리 방식 선택 (PPT/SPE/SLE)

이 단계에서 정량적 성능이 확보된다.

7.3 Step 3: Method validation (Regulatory Phase)

ICH M10 기준에 따라 다음 항목 평가:

• selectivity
• recovery
• matrix effect
• accuracy & precision
• LLOQ
• stability
• dilution integrity
• ISR

이 단계는 Triple Quad가 “유일하게” 담당한다.

7.4 Step 4: 구조 모호성 발생 시 HRMS로 역추적

정량 중 peak anomaly가 발생하면
다시 HRMS로 가서

• co-elution 확인
• isomer 확인
• degradation 여부 분석

이 workflow는 제약사 분석팀에서 표준적이다.

8. 실제 국내 제약사에서의 적용 사례 (익명화된 형태)

국내 A 제약사(대형)는 metabolic profiling 전용 HRMS와
PK 정량 전용 Triple Quad를 1:4 비율로 운영하고 있다.

사례 1: FIH 초기, 낮은 농도 구간 분석의 실패

Orbitrap으로 정량을 시도했으나
LLOQ 부족으로 PK 곡선 하단이 유실됨 → BE 분석 실패
→ Triple Quad로 방법 재구축 (4주 지연)

사례 2: Stability 시험에서 unknown impurity 등장

T=3M 조건에서 unexpected +16 Da peak 등장
Q-TOF로 확인 → hydroxylation으로 구조 제시
그 후 Triple Quad에서 해당 metabolite quant method 구축
→ Regulatory submission 성공

사례 3: matrix interference 오해

Triple Quad peak distortion 발생
column 교체·전처리 변경 시도 → 문제 지속
HRMS full scan → 동일 m/z isobaric interference 발견
→ LC gradient 조정으로 해결

9. 제약사 실무자를 위한 “HRMS vs Triple Quad” 체크리스트

HRMS 사용해야 하는 상황 체크리스트

• unknown impurity 존재
• unexpected metabolite 발견
• co-elution 의심
• in-source fragment 검증 필요
• degradation pathway 분석
• API 합성 중간체 추적
• metabolomics profiling 필요

Triple Quad 사용해야 하는 상황 체크리스트

• PK/TK sample quant
• TDM
• BE study
• Method validation 필요
• ISR 필수
• 4–5 log 범위 정량
• 고처리량 분석 필요
• LLOQ ≤ 1 ng/mL

10. 결론: HRMS와 Triple Quad는 경쟁하는 기기가 아니라, 서로를 완성하는 기술이다

정리하자면,

• HRMS는 구조 확인(Identification)
• Triple Quad는 정량(Quantification)

이 두 기능은 겹치는 부분이 일부 있더라도
실무에서는 목적·성능·규제 요구 조건이 완전히 다르다.

제약사 분석팀은 이 둘을 “대체 관계”가 아니라
“workflow 상의 필수적 협업 관계”로 바라보는 것이 맞다.

특히 국내 분석팀은 R&D 일정이 촉박하고
다수의 파이프라인을 동시에 운영하는 기업일수록
이 두 장비의 역할 구분이 더욱 중요하다.

 

HRMS 기반 구조 동정 vs. Triple Quad 기반 정량 분석의 실무적 경계