Chromatographie bei Cannabistests

Jun 13, 2023

Michelle Sprawls ist Wissenschaftsdirektorin bei CULTA. Sie schloss ihr Studium an der Northern Arizona University mit einem BS in Mikrobiologie ab und ist zertifiziert in Maschinen zur Kohlenwasserstoffextraktion im geschlossenen Kreislauf, Adsorbensfiltration, ...

Die Cannabisindustrie entwickelt sich schnell weiter und wächst in den meisten Teilen der USA exponentiell, wobei immer mehr Staaten den medizinischen Markt und den Freizeitmarkt legalisieren. Was sich im Laufe der Jahre nicht geändert hat, ist die Notwendigkeit, diese Produkte vor ihrer Markteinführung zu testen, um die Gesundheit und Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten.

In vielen Bundesstaaten der Cannabisindustrie werden bestimmte Vorschriften erlassen, die Züchter und Verarbeiter dazu verpflichten, Tests auf Pestizide, Mykotoxine und Lösungsmittelrückstände durchzuführen sowie die Wirksamkeit und den Terpengehalt für jede Charge zu validieren. Viele multidisziplinäre Labore suchen nach Möglichkeiten, ihren Kundenkreis zu diversifizieren oder neue Forschungswege für ihr Labor zu finden, wissen aber nicht, wie sie vorhandene Chromatographieinstrumente auf Cannabistests anwenden oder neue auswählen können, um sie ihrem Arsenal hinzuzufügen. In diesem Artikel werden wichtige Überlegungen zur Auswahl einer Methode und eines Chromatographiegeräts für Ihre spezifischen Anforderungen behandelt.

Cannabinoide sind eine spezifische chemische Klasse in Cannabis, die in den Drüsentrichomen der Pflanze produziert wird und mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) analysiert werden kann. HPLC-basierte Systeme mit Ultraviolett (UV)-Detektoren sind der Goldstandard in der Cannabinoidanalyse. Die Menge jedes Cannabinoids wird durch Bestrahlen der getrennten Verbindungen mit UV-Licht bestimmt. Jedes Cannabinoid absorbiert das UV-Licht je nach Konzentration unterschiedlich stark. Indem Sie die Menge an UV-Licht messen, die von jedem Cannabinoid absorbiert wird, können Sie die Menge bestimmen. Die Wirksamkeit variiert von Sorte zu Sorte, sodass die Quantifizierung von Tetrahydrocannabinol (THC), Cannabidiol, Cannabinol und Cannabigerol und anderen Phytocannabinoiden sowie deren nativen Säureformen eine Notwendigkeit für die Dosierung darstellt. Die Analyse von Cannabisblüten und -extrakten wird üblicherweise unter Verwendung eines zertifizierten Cannabinoid-Referenzstandards und einer 10-minütigen Analyse der 11 Cannabinoide auf einer C18-Säule durchgeführt. Der Hauptvorteil der HPLC gegenüber der Gaschromatographie (GC) besteht in der Möglichkeit, sowohl saure als auch neutrale Formen von Cannabinoiden ohne Derivatisierung zu quantifizieren, da für die Analyse keine hohen Temperaturen erforderlich sind. HPLC bietet im Vergleich zu GC.3 einen umfassenderen chemischen Bericht von Cannabisproben

Die Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC/MS) wird für die Wirksamkeitsprüfung von Cannabis und Hanf in Situationen eingesetzt, in denen die Identifizierung von entscheidender Bedeutung ist. Ein LC/MS-System enthält eine HPLC wie oben beschrieben, aber anstelle eines nicht-selektiven UV-Detektors ist der Detektor ein Massenspektrometer. Da die Moleküle anhand ihrer Masse messbar sind, liefert LC/MS hochselektive, quantitative Ergebnisse. LC/MS ist die empfindlichste und selektivste Testmethode, die im kommerziellen Maßstab verfügbar ist. Es liefert genaue Ergebnisse für Proben in komplexen Matrizen und ermöglicht es Cannabis- und Hanftestlaboren, einzigartige molekulare Merkmale zu identifizieren.

Terpene und Terpenoidverbindungen sind natürlich vorkommende aromatische Verbindungen, die Cannabis seinen einzigartigen Geschmack und sein einzigartiges Aroma verleihen. Neben den aromatischen Eigenschaften und ihren vorteilhaften gesundheitlichen Vorteilen weisen sie auch eine synergistische Beziehung zu Cannabinoiden auf, die die therapeutische Wirkung von THC weiter verstärken. Monoterpene, Diterpene und Sesquiterpene können charakterisiert werden, indem die Anzahl der Wiederholungseinheiten von Isopren untersucht wird, einem Molekül mit fünf Kohlenstoffatomen, das das strukturelle Kennzeichen aller Terpenoidverbindungen ist. Die Konzentrationen der einzelnen Terpene variieren je nach Sorte, Erntezeitpunkt und Trocknungs-/Härtungsräumen. Für die chemische Analyse von Terpenen in Cannabis und Cannabinoidprodukten ist eine robuste Analysemethode erforderlich. Der gebräuchlichste Ansatz zur Terpenanalyse ist die Headspace-GC mit Flammenionisationsdetektion, Massenspektrometrie (MS) oder beides. Die Nutzung des Kopfraums mittels druckausgeglichener Injektion ist eine schnelle, unkomplizierte, genaue und präzise Lösung. Diese Lösung ermöglicht auch die Einführung der interessierenden Komponenten (z. B. Restlösungsmittel und Terpene) in das Analysesystem.

GC-MS ist eine effiziente und robuste Technik zur Untersuchung von Cannabisprodukten auf Terpene und bietet chromatographische Auflösung, Identifizierung und Quantifizierung. GC-Säulen können die Identifizierung verbessern, indem sie die Herausforderungen überwinden, die durch Isomere und Unterschiede im aromatischen Charakter von Terpenen entstehen. Die Verwendung hochwertiger Standards, Reagenzien und Chromatographie-Verbrauchsmaterialien ist eine Voraussetzung für die genaue und zuverlässige Prüfung und Erkennung von Terpenen in Cannabispflanzen und aus Cannabis gewonnenen Produkten.

Die Analyse des restlichen Lösungsmittels erfolgt mittels Headspace-Gaschromatographie/Massenspektrometrie-Analyse. Der Hauptvorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass der Headspace eine schnelle, einfache, genaue und präzise Technik ist, die es ermöglicht, die gewünschten Komponenten (z. B. Restlösungsmittel) in das Analysesystem einzuführen. Eine Probe wird in ein geschlossenes Probenahmegefäß gegeben und mit einem bekannten Temperaturprofil erhitzt. Die chromatographischen Peaks sind mit einer Laufzeit von etwa siebeneinhalb Minuten und einer Probe-zu-Probe-Zykluszeit von weniger als 11 Minuten gut getrennt.1 Die Verwendung von MS ermöglicht die Identifizierung von Komponenten ohne Angst vor falsch-positiven Ergebnissen und sorgt dennoch für eine extrem hohe Zuverlässigkeit schnelle Laufzeiten. Die Auswahl der richtigen GC-Säule für restliche Lösungsmittel oder Terpene sollte auf vier wesentlichen Faktoren basieren: stationäre Phase, Innendurchmesser der Säule, Filmdicke und Säulenlänge. Die richtige Auswahl von CRMs, analytischen Referenzstandards, hochreinen Lösungsmitteln und Säulen bildet die Grundlage der Methodenentwicklung.

Potenziell schädliche Pestizide und Mykotoxine können in Cannabispflanzen und -extrakten enthalten sein, obwohl der Verkauf legal ist. Pestizide werden je nach Anwendungsbereich in sieben Hauptgruppen eingeteilt: Insektizide, Herbizide, Fungizide, Rodentizide, Akarizide, Molluskizide und Nematizide. Die meisten Pestizide haben negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Umwelt, was zu einer eingeschränkten Verwendung oder einem vollständigen Verbot führt. Mykotoxine sind hochgiftige Sekundärmetaboliten bestimmter Pilze und Schimmelpilze, die leicht Nahrungspflanzen kontaminieren.

Genaue Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Pestiziden und Mykotoxinen in Cannabis sind für die Verbrauchersicherheit von entscheidender Bedeutung. Derzeit gibt es jedoch keine harmonisierten Richtlinien für die Toleranz gegenüber Pestizid- und Mykotoxinrückständen. Folglich verfügt jeder Staat über eine eigene Liste solcher Schadstoffe mit gesetzlichen Resttoleranzgrenzen, die je nach Region sehr unterschiedlich sein können. Die für die Bestimmung von Pestizid- und Mykotoxinrückständen in diesen komplexen Matrices erforderliche Selektivität und Empfindlichkeit kann nur durch einen dualen Plattformansatz erreicht werden, der sowohl LC/MS/MS als auch GC/MS/MS verwendet. Dieser Ansatz mit zwei Instrumenten wird empfohlen, um im Vergleich zu einem reinen LC/MS/MS-Ansatz den für den Erfolg erforderlichen Durchsatz zu erzielen.

LC-MS/MS ist die Methode der Wahl für die Pestizid- und Mykotoxinanalyse mit überlegener Selektivität und Empfindlichkeit, insbesondere für Pestizid- und Mykotoxinrückstände mit unterschiedlichen Polaritäten und Molekulargewichten in komplexen Matrizen. GC-MS/MS ist eine selektive und empfindliche Methode für flüchtige und hydrophobe Pestizide wie Organophosphate und Organochlore.2 Der Einsatz von Analytschutzmitteln kann nachteilige Matrixeffekte reduzieren und eine Derivatisierung kann den Nachweis und die Methodenempfindlichkeit verbessern. Für die Analyse mehrerer Pestizidrückstände und Mykotoxine wird eine Kombination aus GC-MS/MS und LC-MS/MS verwendet. Tandem-Quadrupol-MS bietet eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität für die gleichzeitige Analyse von Hunderten von Pestiziden bei niedrigen ng/g (ppb)-Werten in einer einzigen Analyse.

Zahlreiche Cannabisproben können mit verschiedenen GC-Instrumenten analysiert werden, solange die Verbindungen einigermaßen flüchtig und dennoch thermisch stabil sind. Diese Faktoren beeinflussen die Effizienz, Auflösung und Probenkapazität der Säule. Es gibt keine einfachen Abkürzungen zur Optimierung einer guten Methode. Instrumentenhersteller können als Ausgangspunkt gute Werkzeuge und Methoden bereitstellen, Labore sollten jedoch darauf vorbereitet sein, diese weiter anzupassen, um sie perfekt an den Arbeitsablauf und die Fähigkeiten ihrer Einrichtung anzupassen.

Verweise:

1. https://www.ssi.shimadzu.com/sites/ssi.shimadzu.com/files/pim/pim_document_file/ssi/others/14371/GCMS-1604-TerpeneProfilingCannabis.pdf

2. https://www.agilent.com/en/solutions/cannabis-hemp-testing/pesticides

3. Wang, M., Wang, YH, Avula, B., Radwan, MM, Wanas, AS, van Antwerp, J., ... & Khan, IA (2016). Decarboxylierungsstudie saurer Cannabinoide: ein neuartiger Ansatz unter Verwendung von Ultrahochleistungs-Chromatographie mit überkritischen Flüssigkeiten/Photodiodenarray-Massenspektrometrie. Cannabis- und Cannabinoidforschung, 1(1), 262-271.

Michelle Sprawls ist Wissenschaftsdirektorin bei CULTA. Sie schloss ihr Studium der Mikrobiologie an der Northern Arizona University mit einem Bachelor ab und verfügt über Zertifizierungen für Maschinen zur Extraktion von Kohlenwasserstoffen im geschlossenen Kreislauf, Adsorbensfiltration und Chromatographie für die Extraktion von Kohlenwasserstoffen im geschlossenen Kreislauf. Sie ist außerdem Mitglied im CloudLIMS Scientific Advisory Board.