검출 한계

어떤 분석기기를 이용하여 분석물을 분석할 때, 그 기기 자체로부터 발생하는 잡음으로부터 분석물이 나타내는 신호를 구분할 수 있는 분석물의 최소양을 해당 분석물에 대한 분석기기의 검출 한계(detection limit, limit of detection, LOD)라고 한다. 다시 말해, 검출 한계는 상당히 확신을 가지고 어떤 분석물이 검출된다고 말할 수 있는 최소 양으로 정의될 수 있다. 검출 한계보다 많은 양의 분석물이 주입되면 분석물의 신호가 분석기기 잡음보다 상당히 크게 되고, 검출 한계보다 적은 양의 분석물이 주입될 경우 분석물 신호를 잡음으로부터 구분할 수 없게 된다. 검출 한계는 그 값이 작을수록 분석기기의 성능이 좋은 것이기 때문에 혼동하지 않도록 주의해야 한다.

목차

주입된 분석물의 양이 분석기기의 검출 한계에 해당하는 것인지 아닌지는 상당히 주관적일 수 있다. 따라서, 검출 한계에 대한 명확한 정의가 필요하다. 최근에 가장 많이 사용되는 정의는 분석물이 포함되지 않은 바탕 시료를 주입하였을 때 나타내는 신호의 표준 편차를 잡음으로 여기고, 잡음 신호의 3배에 해당하는 신호를 나타내는 분석물의 양을 검출 한계라고 정의한다.

위 식에서 바탕 시료 신호 표준 편차 대신에 낮은 농도의 시료가 나타내는 표준 편차를 사용하기도 한다.

그림 1. 검출 한계와 정량 한계 개념을 보여주는 그림()

그림 1은 검출 한계를 설명하는 그림이다. 여기서 x-축은 신호의 세기를 나타내고 y-축은 해당 신호 세기에 해당하는 존재 비를 나타낸다. 여기서 맨 왼쪽의 검정색 곡선은 바탕 시료가 나타내는 신호의 분포를 나타낸다. 신호 분포는 정규 분포를 나타내는데 여기서 중간 높이에서의 폭은 대략 표준편차의 2.35배에 해당한다¹⁾. 혹은 정규 분포에서 바닥의 폭은 대략 표준편차의 4배에 해당한다. 이러한 정보를 이용하여 표준편차를 구할 수 있고 이것의 3배에 해당하는 신호가 나타내는 것이 검출 한계의 신호가 된다. 그림 1에서 가운데 빨간색 분포가 검출 한계가 나타내는 신호의 분포이다. 참고로 그림1의 맨 오른쪽 곡선은 정량 한계(limit of quantitation, LOQ)에 관한 정보를 나타내고 있는데, 이는 정량적 분석을 할 수 있는 분석물의 최소한의 양을 일컫는 말인데, 검출 한계보다 더욱 확실한 신호를 나타내어야 정량적 분석을 할 수 있음으로 정량 한계는 잡음 신호의 10배에 해당하는 신호를 나타내는 분석물의 양으로 정의된다. 검출 한곗값을 알면 정량 한곗값은 쉽게 계산할 수 있게 된다.

표 1. 어떤 분석물을 분석할 때 다양한 분석 방법의 검출 한계 비교

표 1은 어떤 분석물을 GC-FID, GC-MS, LC-MS/MS를 이용하여 분석할 때 각각 분석 방법의 검출 한계를 나타내고 있다. 여기서 GC는 기체 크로마토그래피, LC는 액체 크로마토그래피를 나타내는 용어로써 혼합물을 분리하는 방법을 나타내고 있고, FID는 Flame Ionization Detection (불꽃 이온화 검출)을 뜻하는 용어로서 GC에서 흔히 사용되는 검출법을 일컬으며, MS는 질량 분석(mass spectrometry)을 뜻하고, MS/MS는 직렬 질량 분석(tandem mass spectrometry)을 뜻한다.

표1에 의하면 세 가지 분석 방법 중에서 LC-MS/MS가 검출 한계가 가장 낮고, 따라서 해당 분석물을 분석할 때 가장 성능이 좋은 것임을 알 수 있다. 표1은 임의로 나타낸 것으로 실제 값은 장비에 따라 분석물에 따라 바뀔 수 있다.

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