LabSolutions LCGC - Features

최근 분석 속도가 점점 빨라지고, 동시에 다성분을 분석하는 사례가 증가함에 따라 방대한 데이터를 분석하는 데 필요한 시간이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 또한 데이터 무결성과 관련된 규제가 강화되면서, 문제가 되는 크로마토그램 피크의 면적 적분을 자동화하고 수동 방법을 단순화하려는 요구가 높아지고 있습니다. 이에 시마즈는 이러한 과제를 해결하기 위해 LabSolutions용 새로운 피크 적분 알고리즘인 i-PeakFinder를 소개합니다. i-PeakFinder는 LabSolutions에 탑재된 완전 자동화 피크 적분 기능으로, 특별한 파라미터 조정 없이도 높은 정확도로 피크를 검출할 수 있습니다. 또한, 다양한 복잡한 크로마토그램 패턴에도 적용할 수 있도록 파라미터 조정 기능을 제공하여, 대량의 데이터 분석이나 배치 분석에서도 고정밀도의 피크 적분 결과를 도출할 수 있습니다.

숄더 피크의 고정밀 검출

i-PeakFinder는 숄더 피크를 정확하게 검출할 수 있습니다. 기존 피크 적분 방식에서는 메인 피크와 숄더 피크를 구분하여 검출하려면 수동 적분이 필요했으나, i-PeakFinder는 크로마토그램 전체에서 일정한 피크 검출 감도를 유지하면서 숄더 피크를 자동으로 검출합니다. 일반적으로 그림 2와 같이 매우 작은 숄더 피크를 자동으로 검출하기는 어렵지만, i-PeakFinder는 임계값(threshold) 판정을 기반으로 이러한 피크까지 자동 검출할 수 있습니다.

피크 베이스라인 처리의 간단한 조정

불순물 피크의 정확한 검출은 제약 품질 관리 및 기타 응용 분야에서 필수적입니다. 불순물 피크는 종종 주요 피크의 베이스 부분에 겹쳐 나타나며, 면적 정규화(area normalization)를 통한 정량 결과는 사용된 피크-베이스라인 처리 방식에 따라 달라질 수 있습니다. 또한 피크-베이스라인 처리 방식은 시료와 시험 목적에 따라 다르게 적용됩니다. 기존 방식에서는 특정 유형의 피크-베이스라인 처리를 수행하기 위해 시간 프로그래밍을 추가하거나 수동으로 피크 적분을 해야 했습니다.
그러나 i-PeakFinder는 기본 설정에서 파라미터 조정을 통해 특정 유형의 피크-베이스라인 처리를 수행할 수 있어, 상황에 따라 최적의 피크-베이스라인 방식을 쉽게 적용할 수 있습니다. 그림 3은 설정 창에서 선택 가능한 피크-베이스라인 유형을 보여주며, 그림 4는 주요 피크의 베이스 부분에 겹친 불순물 피크에 대해 피크-베이스라인 유형을 설정한 결과를 나타냅니다. 표 1은 서로 다른 피크-베이스라인 설정에 따른 면적 정규화 결과를 요약한 것입니다. 즉, 몇 가지 기본 파라미터만 변경하면 상황에 적합한 피크-베이스라인 처리를 간단히 수행할 수 있습니다.

기본 피크 검출 파라미터

피크 검출 조건을 사용자가 조정할 수 있도록 하는 기본 파라미터에는 앞서 언급한 피크-베이스라인 유형, 피크 검출 임계값(threshold), 그리고 피크 적분 범위가 있습니다. 검출 임계값 설정을 이용하면, 시마즈 독자 알고리즘으로 계산된 예상 노이즈 레벨을 기준으로 특정 임계값 이하의 피크는 검출되지 않습니다. 피크 검출 임계값을 낮추면 더 작은 피크까지 검출할 수 있습니다.피크 적분 범위는 피크가 검출될 시간 범위를 지정합니다. 그림 6은 기본 설정값인 5에서 2,000으로 피크 검출 임계값을 변경했을 때 결과가 어떻게 달라지는지를 보여줍니다. 이러한 직관적인 제어 기능을 통해 사용자는 간단한 조정만으로 작은 피크를 검출하거나 배제할 수 있습니다. 그림 7은 피크 적분 범위를 조정한 예시를 나타냅니다. 피크 적분 범위를 조정하지 않으면 모든 피크가 범위 안에 포함되어 음의 피크(negative peaks)에 의해 베이스라인이 영향을 받게 됩니다. 반면, 피크 적분 범위를 설정하여 음의 피크를 배제하면 적절한 베이스라인을 구성할 수 있습니다.

세부 피크 검출 설정

복잡한 크로마토그램에서는 검출 임계값, 피크 적분 범위, 피크-베이스라인 유형만으로는 원하는 피크 적분 결과를 얻기에 부족할 수 있습니다. i-PeakFinder는 다양한 형태의 크로마토그램에 대응할 수 있으며, 사용자가 보다 세부적인 피크 검출 조건을 설정할 수 있습니다.

그중 일부 기능은 다음과 같습니다.

(1) 노이즈에 영향을 받지 않는 피크 검출  [최소 절반 너비(Minimum Half Width)]

CMS로 얻은 크로마토그램에는 종종 스무딩(smoothing)이 적용됩니다. 이때 노이즈의 주파수가 피크의 주파수와 유사하면 자동으로 피크를 판별하기 어려워, 단일 피크가 여러 개의 피크로 인식될 수 있습니다. 이러한 상황에서는 최소 반치폭(FWHM) 설정을 적용하여 해당 값보다 작은 노이즈는 무시하고, 지정된 최소 값 이상의 FWHM을 가진 피크만을 검출할 수 있습니다. 이렇게 하면 스무딩으로 인해 파형이 넓어진 경우에도 진짜 피크를 안정적으로 식별할 수 있습니다. 그림 8은 최소 FWHM 값을 증가시켰을 때의 차이를 보여줍니다. 이 기능은 피크 내부에 노이즈가 관찰되는 경우 특히 유용합니다.

(2) 피크 면적 정확도와 직선성을 확보하기 위한 설정 [피크-베이스라인 높이 (Peak Baseline Height)]

테일링 피크(tailing peaks)나 베이스라인 노이즈가 많은 크로마토그램에서는, 데이터에 따라 피크의 시작점과 끝점이 달라질 수 있어 면적 정확도가 저하될 수 있습니다. 피크-베이스라인 높이 설정을 사용하면, 피크 시작점과 끝점은 사용자가 입력한 피크-베이스라인 높이 값과 시마즈 독자 알고리즘으로 계산된 노이즈 강도의 곱으로 인식됩니다. 따라서 피크-베이스라인 높이 값이 클수록 베이스라인 위치가 더 높게 설정됩니다.

이 설정을 통해 피크-베이스라인 시작점과 끝점 판정의 재현성을 향상시킬 수 있습니다. 그림 9는 피크-베이스라인 높이를 지정하여 테일링 피크의 베이스라인 길이를 조정한 예시를 보여줍니다.

(3)장기간의 기복을 피크로 인식하지 않기 위한 설정 [최대 절반 너비 (Maximum Half Width)]

최대 반치폭은 최소 반치폭과 반대 개념의 파라미터로, 지나치게 큰 피크를 베이스라인 요동으로 간주하여 무시하도록 지정할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 10은 피크처럼 인식될 수 있는 큰 베이스라인 팽창 형태의 드리프트를 보여줍니다. 이때 최대 FWHM을 설정하면 이러한 요동을 피크에서 제외할 수 있습니다.

(4) 융합된 피크를 하나의 피크로 통합하기 [분리 폭에 의한 피크 통합]

최소 절반 너비(minimum half width) 설정은 노이즈를 피크로 잘못 인식하는 것을 방지하기 위해 사용되며, 분리 계수(unify peaks by separation factor) 설정은 융합된 피크를 하나의 피크로 결합하기 위해 사용됩니다. 그림 11에는 세 개의 융합된 피크가 나타나 있습니다. 이 설정을 구성하면 양쪽의 작은 피크 두 개가 더 큰 피크로 통합됩니다. 이 설정은 융합된 피크를 포함한 기준선 구간(baseline interval)에서만 유효하다는 점에 유의하십시오.

(5) 숄더 피크를 인식할지 여부 결정하기 [숄더 비율에 의한 피크 통합]불순물이 주성분 피크의 기저(base)에 숄더 피크로 융합된 경우, 기존의 피크 적분 방법에서는 숄더 피크를 검출하기 위해 시간 프로그래밍(time programming)이나 수동 피크 적분(manual peak integration)이 필요했습니다. i-PeakFinder는 숄더 피크를 쉽게 검출할 수 있으며, 주성분 피크 높이와 숄더 피크 접선 높이의 비율을 기준으로 불순물 피크를 인식할지 여부를 사용자가 결정할 수 있습니다. 그림 12는 시간 프로그래밍이나 수동 피크 적분 없이 숄더 피크를 검출한 예와, 기준값(threshold value)을 사용하여 숄더 피크를 주성분 피크와 통합한 예를 보여줍니다. 기준값을 설정하면 불순물 피크를 인식할지 여부를 결정하는 조건으로도 활용할 수 있습니다.