Wie wird eine Cannabinoid-Analyse durchgeführt?

Cannabinoid-Analyse

Haben Sie sich jemals gefragt, wie der Gehalt an CBD, THC und anderen Cannabinoiden in Marihuana oder CBD-Ölen bestimmt wird? In diesem Beitrag erläutern wir die Wissenschaft hinter den Methoden, mit denen Cannabinoide quantifiziert werden können, wie z. B. Gaschromatographie, HPLC und Massenspektrometrie, und wie diese Techniken zusammen verwendet werden, um die Bestandteile von Cannabis zu analysieren.

Einführung in die Cannabinoid-Analyse

Die Cannabinoid-Analyse wird für eine Vielzahl von therapeutischen und regulatorischen Zwecken eingesetzt. Sein Hauptzweck besteht darin, die Potenz und Qualität von Cannabisprodukten zu bestimmen, aber er kann auch verwendet werden, um eine Probe auf der Grundlage ihres THC-Gehalts rechtlich als “Hanf” oder “Marihuana” zu klassifizieren. Es ist somit ein sehr nützliches Instrument sowohl für Verbraucher als auch für Fachleute in der Cannabisbranche.

Was sind Cannabinoide und wie werden sie in der Pflanze produziert?

Die Cannabinoide sind eine Klasse chemischer Verbindungen, die vor allem in der Cannabis sativa-Pflanze . Diese werden in den Trichomen gebildet, sehr kleinen Drüsenstrukturen, die hauptsächlich auf den Cannabisblüten der weiblichen Pflanzen zu finden sind, besser bekannt als die Marihuana-Knospen .

Eine Besonderheit der Cannabinoide besteht darin, dass sie von der Pflanze in ihrer Säureform produziert werden, die mit einem “A” am Ende des Akronyms ausgedrückt wird. Deshalb sind einige der bekanntesten sauren Verbindungen Δ-9-Tetrahydrocannabinolsäure (THCA) und Cannabidiol-Säure (CBDA).

Wenn Cannabinoide erhitzt werden, wandeln sie sich in die neutralen Formen um, die uns allen bekannten oder beliebtesten Cannabinoide, wie z. B. Tetrahydrocannabinol (THC) y Cannabidiol ( CBD ). Dies geschieht bei Erwärmung, da Kohlendioxid(CO2) in einem Prozess verloren geht, der Decarboxylierung .

Diese sauren und neutralen Formen von Cannabinoiden können auf verschiedene Weise gemessen werden, von denen ich in diesem Beitrag einige erläutern werde.

Verständnis der Chromatographie: Ein Schlüsselinstrument für die Cannabinoid-Analyse

Was ist Chromatografie?

Eine der gängigsten Methoden zur Messung von Cannabinoiden in ihrer sauren und neutralen Form ist die Chromatographie. Die Chromatographie ist ein Trennverfahren, das in Laboratorien mit speziellen Geräten durchgeführt wird und bei dem Analyten oder chemische Verbindungen in einer Probe isoliert werden, um sie zu identifizieren.

Um das besser zu verstehen, können wir uns die Chromatographie als ein Rennen vorstellen. Die“Spur” ist die stationäre Phase, die sich nicht bewegt und durch die das zu analysierende Gemisch fließt. Die“Läufer” sind die mobile Phase, die sich entlang der Spur oder der stationären Phase bewegt. Cannabinoid-Substanzen bewegen sich, wie Läufer, je nach ihren physikalischen Eigenschaften unterschiedlich: Einige haften stärker am Festkörper und bewegen sich langsamer, während sie sich von denjenigen trennen, die sich schneller bewegen(unterschiedliche Retentionszeit). Das Gleiche gilt für das Gleichnis des Rennens: Während die Läufer auf der Strecke vorankommen, werden sie nach ihrer körperlichen Verfassung getrennt.

Wie die Chromatographie funktioniert

  1. Probenvorbereitung: Jede Chromatographie beginnt mit einem Gemisch, das die mobile Phase darstellt. Diese besteht aus einem Lösungsmittel (das flüssig oder gasförmig sein kann) und im Falle von Marihuana aus Cannabisblüten, dem CBD-ÖlWir können die Cannabinoide, die in diesem Fall Cannabinoide genannt werden, identifizieren und quantifizieren, und wir können auch die Cannabinoide identifizieren und quantifizieren, die in den Cannabinoiden enthalten sind. Analyten. Diese Analyten sind die zu analysierenden Komponenten, d. h. die Verbindungen, die bei der Chromatographie getrennt und gemessen werden. (Dieselbe Technik wird zur Identifizierung von Terpenen, Flavonoiden und anderen Verbindungen verwendet, aber das ist ein Thema für einen anderen Artikel).
  2. Injektion: Die Probe wird unter Druck durch eine Säule aus einem festen oder halbfesten Material(stationäre Phase) zirkuliert.
  3. Trennung: Jede der Probenkomponenten unterscheidet sich in Flussrate, Größe und Polarität, was zu einer Trennung führt, während sie durch die Säule fließen (einige haften stärker als andere).
  4. Nachweis: Wenn die abgetrennten Komponenten die Säule verlassen, durchlaufen sie einen Detektor, der die Menge der einzelnen austretenden Komponenten registriert. Dies geschieht in der Regel durch Messung der Menge an ultraviolettem Licht, die jeder Bestandteil absorbiert.
  5. Analyse der Daten: Die getrennten Bestandteile werden nachgewiesen und auf einem Computer aufgezeichnet, der ein Chromatogramm erstellt, dessen Auswertung die genaue Identifizierung und Quantifizierung der verschiedenen vorhandenen Cannabinoide ermöglicht.
Gaschromatographie, schematisch
Gaschromatographie, schematisch

Gaschromatographie: Analyse von Cannabinoiden in ihrer neutralen Form

Bei der Gaschromatographie(GC) wird Gas als mobile Phase verwendet, und die Trennung erfolgt in einer Säule, die auch ein Kapillarrohr sein kann. Bei dieser Technik ist die Verwendung von Heizgeräten erforderlich, um eine gleichmäßige Probe entlang der Kapillarsäule zu erhalten.

Die Gaschromatographie kann Cannabinoide nur in ihrer neutralen Form messen.

Da die Probe erhitzt werden muss, führt die GC zu einer Decarboxylierung der Cannabinoide in ihre Säureform. Daher können bei der Bewertung von Cannabinoiden mit dieser Technik nur neutrale Cannabinoide bewertet werden, da Hitze die Säureformen decarboxyliert. Dies kann einer der Nachteile der Gaschromatographie sein.

Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC): Messung von Cannabinoiden in saurer und neutraler Form

Bei der Flüssigkeitschromatographie wird eine flüssige mobile Phase verwendet, wobei auch eine Säule eingesetzt werden kann. In der Cannabisindustrie ist eine der am häufigsten verwendeten Techniken die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC ) , bei der sehr kleine Partikel unter hohem Druck gepackt werden.

Anders als bei der Gaschromatographie ist bei der Flüssigchromatographie keine Erhitzung des Gemischs erforderlich, so dass die Konzentration verschiedener Cannabinoide wie CBD und THC auch in ihrer Säureform gemessen werden kann. Dies macht sie zur bevorzugten Testmethode für Cannabisprodukte.

Bei der HPLC werden Pumpen verwendet, um diese unter Druck stehende Flüssigkeit (Lösungsmittel), die das zu analysierende Gemisch enthält, durch die HPLC-Säule zu leiten. Jede der Probenkomponenten unterscheidet sich in ihrer Durchflussrate, was zu einer Trennung führt, während sie durch die Säule fließt.

Auswertung der Ergebnisse der Cannabinoid-HPLC-Analyse

Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis einer Cannabinoid-Analyse mittels HPLC [1]. Diese Art von Diagramm, genannt Chromatogrammzeigt die Zeit auf der X-Achse und die Detektorsignalstärke auf der Y-Achse. Jeder Peak im Diagramm steht für eine andere Komponente der Probe, und die Fläche unter dem Peak kann zur Bestimmung der Menge dieser Komponente in der Probe verwendet werden.

Die X-Achse (horizontale Achse) zeigt die Trennungszeit für jeden der Analyten, die Einheit ist also Minuten. Wie Sie sehen können, unterscheiden sich die einzelnen Analyten, in diesem Fall Cannabinoide, in der Zeit (der Anzahl der Minuten), die sie brauchen, um die flüssige Phase zu durchlaufen.

Die Y-Achse (vertikale Achse) stellt die Signalintensität dar, ein Maß für die Absorption, dessen Einheit dieAbsorptionseinheit ( AU) ist und die Menge des Analyten quantifiziert. Diese Messung basiert auf der Lichtabsorption, d. h. darauf, wie viel Licht von jedem der Analyten absorbiert wird. Je höher der Peak auf der y-Achse ist, desto höher ist die Intensität und desto mehr von diesem Analyten ist in der Probe vorhanden und desto größer ist seine Fläche unter der Kurve. In der Abbildung unten ist die Einheit auf der Y-Achse mAU (Milli-Absorptionseinheiten), was einem Tausendstel der Absorptionseinheit entspricht.

Jedes der Cannabinoide hat eine bestimmte Retentionszeit, die es uns ermöglicht, sie in einer Chromatographie zu unterscheiden. Je höher der Peak ist, desto höher ist die Konzentration dieses Cannabinoids in der Probe..

Das Ergebnis der Chromatographie sagt uns dann, in einer bestimmten Zeit (Achse X), ob ein Analyte bei einer bestimmten Intensität (X-Achse) vorhanden ist (oder nicht). Y). In unserem Fall hat jedes der Cannabinoide eine bestimmte Retentionszeit, und je mehr von diesem bestimmten Cannabinoid in der Probe enthalten ist, desto höher ist der Wert auf der Y-Achse.

Um die einzelnen Cannabinoide im Chromatogramm zu unterscheiden, ist daher ein Standard erforderlich , um die spezifische Retentionszeit für jeden der Analyten (Cannabinoide) zu kennen. Die Y-Achse ist eine einzigartige Fluoreszenzmessung für jedes der Cannabinoide, weshalb man einen Standard als Anhaltspunkt benötigt, um zu wissen, welches Cannabinoid auf diesen bestimmten Peak fällt.

Beispiel für ein Chromatogramm einer Cannabisprobe. Cannabinoid-Analyse
Beispiel für ein Chromatogramm einer Cannabisprobe. Ergebnis einer Cannabinoid-Analyse mittels HPLC. Die Abbildung stammt aus dem Artikel von Gul et al. [1] und zeigt die Cannabinoide in einer Probe. Jeder der Analyten, in diesem Fall die Cannabinoide, unterscheidet sich in seiner Retentionszeit. Aus diesem Grund erscheinen die Cannabinoide auf der X-Achse, die die Zeit anzeigt und in Minuten gemessen wird, an unterschiedlichen Stellen. Die Y-Achse mit der Absorption (Milli-Absorptionseinheiten) gibt die Intensität und damit die Menge der einzelnen Analyten an.

Ich brauchte einige Zeit, um herauszufinden, was die ersten beiden Peaks in der obigen Abbildung darstellen, und musste mich bei Fachkollegen auf dem Gebiet erkundigen, die mir erklärten, dass der erste Peak, der in der Abbildung nicht genannt wird, durch die Injektion der flüssigen Phase entsteht und die nicht interagierenden Moleküle in der Säule darstellt, er wird als Lösungsmittelfront bezeichnet (Lösungsmittel vorne).

Die Anfangszeit vor dem Peak der Lösungsmittelfront ist die Zeit, die diese mobile Phase benötigt, um die Säule zu durchlaufen, und wird alsTotvolumen bezeichnet.

Der zweite Peak, in der Abbildung als “I.S” bezeichnet, ist der Peak desinternen Standards ( IS), der im Fall des Artikels 4-Androsten-3,17-dion (4-Androsten-3,17-dion) war. Der Peak dieser chemischen Verbindung im Chromatogramm dient als Referenz für die Berechnung der in der Probe vorhandenen Menge an Cannabinoiden.

Massenspektrometrie (MS): Bestimmung des Molekulargewichts von Cannabinoiden

Die Massenspektrometrie (MS) trennt Teilchen wie Atome und Moleküle durch Unterscheidung ihres Ladungs-Masse-Verhältnisses. Diese Technik wird zur Bestimmung des Gewichts von Partikeln verwendet und ist ein Analyseinstrument, das das Verhältnis zwischen Masse und Ladung(m/z) eines oder mehrerer in der Probe vorhandener Moleküle misst.

Anhand dieser Messungen lässt sich das genaue Molekulargewicht der Probenbestandteile berechnen . Mit der Massenspektrometrie können unbekannte Verbindungen durch die Bestimmung ihres Molekulargewichts identifiziert werden. Sie wird auch zur Quantifizierung bekannter Verbindungen und zur Bestimmung der Struktur der vorhandenen Verbindungen und Moleküle eingesetzt.

Die kombinierte GC-MS-Technik: Verbesserung der Genauigkeit bei der Bestimmung von Cannabinoiden

Eine der am häufigsten verwendeten Techniken zur Bestimmung von Cannabinoiden ist die Kombination von Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC-MS).

Dabei wird die Fähigkeit der Gaschromatographie, die Bestandteile einer Probe zu trennen, mit der Fähigkeit der Massenspektrometrie kombiniert, die einzelnen Bestandteile zu identifizieren und zu quantifizieren. Das Ergebnis ist sehr empfindlich und genau bei der Messung der Menge und Art der in der Probe vorhandenen Cannabinoide.

Zusammenfassend lässt sich sagen…

Im Folgenden finden Sie einige grundlegende Informationen über die verschiedenen Techniken, die derzeit zur Messung von Cannabinoiden in der Cannabisindustrie verwendet werden. Falls es da draußen Chemieleser gibt, würde ich gerne wissen, was Sie über diese elementaren Chemieinformationen denken.

Referencias
  1. Gul, W., et al., Determination of 11 cannabinoids in biomass and extracts of different varieties of Cannabis using high-performance liquid chromatography. Journal of AOAC International, 2015. 98(6): p. 1523-1528.

Dra. Daniela Vergara
Investigadora y catedrática | Especialista en cultivos emergentes y consultora de cannabis

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