소변이 진짜인지 어떻게 알까? — 크레아티닌·요산을 한 주입으로 재는 극성 전환 LC-MS/MS 읽기
이 글 한눈에
- 분석 대상: 소변 중 크레아티닌(Creatinine)과 요산(Uric acid) — 마약·약물 검사에서 소변이 희석되거나 바꿔치기되지 않았는지 판정하는 지표
- 배울 점: ① 극성이 크고 전하가 반대인 두 물질을 한 컬럼에 붙잡는 멀티모드 분리 ② 한 주입 안에서 ESI 극성을 양→음으로 바꾸는 MRM 설계 ③ 고농도 시료는 "희석"이 곧 전처리
- 출처: Kwon W 외, Forensic Sci Int 2012;221:57–64 (대검찰청 마약분석실). 같은 팀의 국문 논문 김진영 외, 분석과학 2012;25(1):83–90 (무료 열람)에 조건이 그대로 실려 있음
1. 문제: 소변이 진짜인지 어떻게 아나
마약이나 도핑 검사에서 피검자가 소변을 물로 희석하거나 다른 액체로 바꿔 내면 양성이 음성으로 뒤집힐 수 있습니다. 그래서 검사 전에 소변이 "정상 농도의 진짜 소변"인지 먼저 봅니다. 기본 지표가 크레아티닌으로, 정상 범위는 30~300 mg/dL입니다. 여기에 요산을 함께 재면 판정이 더 단단해집니다. 요산은 사람 소변에 거의 항상 고농도로 있는 대사산물이라 물이나 인공 용액에는 없기 때문입니다. 다만 시판 가짜 소변 제품 중에는 요산을 넣어 둔 것이 많아 요산만으로는 못 잡는다는 지적도 있습니다(2023년 리뷰).
이 논문은 두 지표를 LC-MS/MS 한 번 주입으로 정량하는 확인시험법을 만들고 마약 사용 의심자 소변 46건에 적용한 것입니다.
2. 왜 보통 C18로는 어려운가
크레아티닌은 염기성이라 양이온, 요산은 산성이라 음이온입니다. 둘 다 극성이 커서 일반 C18 역상 컬럼에서는 거의 머무르지 않고 데드타임 근처에 몰려 나옵니다. 매트릭스가 복잡한 소변에서 그 자리는 이온 억제가 가장 심한 구간이기도 합니다.
논문이 쓴 컬럼은 C18 역상에 음이온교환과 양이온교환 기능을 함께 가진 멀티모드 컬럼(Scherzo SM-C18, 2.0×75 mm, 3 µm)입니다. 양이온성 크레아티닌은 양이온교환 자리에, 음이온성 요산은 음이온교환 자리에 각각 머무르기 때문에, 극성이 큰 두 물질을 한 컬럼에서 시간차를 두고 분리할 수 있습니다. 극성 이온성 물질을 여러 개 동시에 다뤄야 할 때 HILIC 말고도 이런 선택지가 있다는 것이 이 논문의 첫 번째 배울 점입니다.
3. 극성 전환 MRM
크레아티닌은 양이온 모드(m/z 114.0 → 86.0), 요산은 음이온 모드가 감도가 좋습니다. 보통이면 두 번 주입하거나 두 방법을 따로 두겠지만, 이 논문은 한 주입 안에서 질량분석기의 이온화 극성을 바꿉니다. 크레아티닌이 1.20분에 먼저 나오고, 약 1.55분에 극성이 양에서 음으로 바뀌고, 요산이 1.65분에 나옵니다. 두 피크 사이에 극성이 바뀔 여유가 있도록 머무름 시간이 벌어져 있어야 하는데, 그 시간차를 만드는 것이 멀티모드 컬럼의 역할입니다.
크레아티닌(1.20 min, ESI+)과 요산(1.65 min, ESI−)의 MRM 크로마토그램 모식도. 논문 Figure 2의 머무름 시간을 바탕으로 새로 그린 그림이며 피크 높이·모양은 실제 데이터가 아닙니다.
4. 조건표
| 항목 | 조건 |
|---|---|
| 컬럼 | Scherzo SM-C18 (2.0×75 mm, 3 µm) — 역상 + 음이온교환 + 양이온교환 멀티모드 |
| 이동상 | A: 0.2% 포름산 수용액 / B: 아세토니트릴 |
| 구배 | ACN 10% → 20% (0–3.5 min) → 50% (3.5–4.5 min) → 50% 유지 0.5 min, 총 5 min |
| 유속 | 150 µL/min |
| 주입량 | 1 µL |
| 검출 | ESI 극성 전환 MRM — 크레아티닌 (+) m/z 114.0 → 86.0 (확인 114.0 → 44.0), 내부표준 크레아티닌-d3 117.0 → 89.1 / 요산 (−), 이온은 원저 참조 |
| MS 조건 | Turbo gas 550 ℃, collision energy 15 V (크레아티닌 기준) |
| 장비 | Agilent 1200 HPLC + AB SCIEX API 3200 QTrap |
| 전처리 | 소변 원심분리 → 10 µL + 증류수 390 µL (40배 희석) → 희석액 20 µL + IS 30 µL + ACN 10 µL → 0.2 µm 필터 → 주입 |
5. 전처리에서 눈여겨볼 것
고체상 추출도 유도체화도 없습니다. 소변을 40배 희석하고 내부표준과 아세토니트릴을 조금 넣어 필터만 합니다. 크레아티닌과 요산은 소변에 mg/dL 단위로 들어 있어 40배 희석해도 충분히 검출되고, 희석 자체가 매트릭스 효과를 줄이는 전처리가 됩니다. 고농도 내인성 물질은 "얼마나 잘 추출하나"보다 "얼마나 희석해도 되나"를 먼저 따져 보는 편이 빠릅니다. 내부표준으로 중수소 표지 크레아티닌-d3를 써서 희석·주입 편차를 상쇄합니다.
6. 밸리데이션과 측정불확도
| 항목 | 크레아티닌 | 요산 |
|---|---|---|
| 직선 범위 | 1.0~300 mg/dL | 0.5~300 mg/dL |
| R² | ≥ 0.9988 | ≥ 0.9988 |
| 검출한계 | 0.3 mg/dL | 0.07 mg/dL |
| 일내 / 일간 정밀도 | 13.0 % / 14.4 % 이내 (두 물질 공통) | |
| 일내 / 일간 정확도 | −8.8~3.7 % / −0.3~6.6 % (두 물질 공통) |
같은 팀이 크레아티닌 쪽 측정불확도를 따로 평가한 국문 논문도 있습니다. 실제 소변 시료(88 mg/dL)에서 상대확장불확도가 14.2 %였고, 불확도에 가장 크게 기여한 것은 시료 희석, 검량선, 반복성이었습니다. 40배 희석이 편리한 만큼 희석 단계가 불확도의 주된 원천이 된다는 점은 기억해 둘 만합니다.
7. 실무에서 가져갈 점
- 극성이 크고 전하가 반대인 물질들을 한 번에 정량하려면 멀티모드(역상+이온교환) 컬럼이 HILIC 외의 선택지가 된다.
- 극성 전환 MRM은 두 물질의 머무름 시간이 충분히 떨어져 있어야 성립한다. 컬럼 선택이 곧 극성 전환의 전제 조건이다.
- 고농도 내인성 물질은 희석이 전처리다. 대신 희석 단계가 불확도의 큰 몫을 차지하므로 피펫·용량 관리가 결과를 좌우한다.
관련 자료
- 원저: Kwon W, Kim JY, Suh S, In MK. Forensic Sci Int 2012;221:57–64. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2012.03.025 (유료)
- 같은 방법의 국문 논문(무료): 김진영·권운용·서승일·인문교. 분석과학 2012;25(1):83–90. https://doi.org/10.5806/AST.2012.25.1.083
- 소변 조작 검사 리뷰(오픈액세스): Wissenbach & Steuer, Anal Bioanal Chem 2023;415:5101. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04711-w
- 컬럼 제품 정보와 관련 기술자료는 임택트코리아 네이버 블로그 애플리케이션 카테고리에 있습니다 (링크는 곧 추가)
수치는 원저 초록과 국문 논문 본문에서 옮겼고, 피크톡은 해당 연구에 관여하지 않았습니다. 멀티모드 컬럼의 작동 설명은 제조사 제품 설명에 근거한 부연입니다.
