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Cannabis hat eine lange Geschichte als Freizeitdroge und in der Medizin als schmerzlinderndes und krampflösendes Mittel. Die Entdeckung der wichtigsten Cannabinoide Tetrahydrocannabinol, Cannabidiol und Cannabigerol (THC, CBD und CBG) hat zu einem verstärkten Interesse an ihrer medizinischen Wirkung geführt. Während THC psychoaktiv ist und in den meisten Ländern als illegale Droge eingestuft wird, ist CBD in vielen Teilen der Welt für medizinische Zwecke rechtlich anerkannt. Es wird angenommen, dass CBD Ängste und Stress lindert und einen besseren Schlaf fördert. Aufgrund der unterschiedlichen Wirkungen und der möglichen rechtlichen Konsequenzen ist die Bestimmung des Cannabinoidprofils von Cannabis von großem Interesse.

In der Regel wird die Wirksamkeit von Cannabis mittels HPLC-Analyse getestet. Die HPLC kann zwar niedrige Konzentrationen von weniger häufig vorkommenden Cannabinoiden nachweisen, erfordert jedoch chemische Reagenzien und ist recht zeitaufwändig. In dieser Application Note wird erläutert, warum die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) eine überlegene Methode für die Quantifizierung von THC, CBD und CBG in getrocknetem Cannabis ist, da sie in weniger als einer Minute Ergebnisse liefert und keine Chemikalien benötigt.

DS2500 Solid Analyzer, Open Lid, Small Cup, DS2500 Sample Holder, Sample Glass, Transflection Vessel, Optically Flat, Gold Diffuse Reflector
Abbildung 1. Metrohm DS2500 Solid Analyzer mit einem NIRS-Transflexionsgefäss anstelle eines Mini-Probenbechers.

Für diese Studie wurden insgesamt 702 getrocknete Cannabisproben mit unterschiedlichen THC-, CBD- und CBG-Konzentrationen verwendet. Die Vis-NIR-Spektren wurden mit einem Metrohm DS2500 Solid Analyzer (Abbildung 1) und dem DS2500 Holder aufgenommen. Eine 400-mg-Portion jeder Probe wurde von Hand mit einer Mühle gemahlen und dann in einen NIRS-Miniprobenbecher gegeben. Anschließend wurde ein diffuser Goldreflektor mit einer Gesamtstrahlungslänge von 4 mm auf die vorbereitete Cannabisprobe gelegt. Die Datenerfassung und die Modellentwicklung wurden mit dem Softwarepaket Vision Air Complete durchgeführt.

Tabelle 1. Übersicht über die Hardware- und Softwareausstattung
Ausrüstung Metrohm-Nummer
DS2500 Solid Analyzer 2.922.0010
DS2500 Halter 6.7430.040
Mini-Probenbecher, 10 Stück inkl. 100 Einwegrücken 6.7402.030
NIRS Gold-Reflektor, 4 mm Gesamtschichtdicke 6.7420.020
Vision Air 2.0 Complete 6.6072.208

Die erhaltenen Vis-NIR-Spektren (Abbildung 2) wurden verwendet, um Vorhersagemodelle für den THC-, CBD- und CBG-Gehalt in getrocknetem Cannabis zu erstellen. Um die Qualität der Vorhersagemodelle zu überprüfen, wurden Korrelationsdiagramme erstellt, die einen Korrelationswert (R2) zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den Werten der Primärmethode (HPLC) anzeigen. Die jeweiligen Leistungszahlen (FOM) zeigen die erwartete Präzision einer Vorhersage während der Routineanalyse (Abbildungen 3-5).

Abbildung 2. Auswahl von Vis-NIR-Spektren verschiedener Cannabisproben, gemessen mit einem Metrohm DS2500 Solid Analyzer.

Ergebnis THC

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des THC-Gehalts in getrocknetem Cannabis mit einem DS2500 Solid Analyzer.
Abbildung 3. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Leistungszahlen für die Vorhersage des THC-Gehalts in getrocknetem Cannabis unter Verwendung eines DS2500 Feststoffanalysators.
Leistungszahlen Wert
R2 0.979
Standardfehler der Kalibrierung 0.71%
Standardfehler der Kreuzvalidierung 0.73%

Ergebnis CBD

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des CBD-Gehalts in getrocknetem Cannabis mit einem DS2500 Solid Analyzer.
Abbildung 4. Korrelationsdiagramm und die entsprechenden Leistungszahlen für die Vorhersage des CBD-Gehalts in getrocknetem Cannabis unter Verwendung eines DS2500 Solid Analyzers.
Leistungszahlen Wert
R2 0.978
Standardfehler der Kalibrierung 0.74%
Standardfehler der Kreuzvalidierung 0.75%

Ergebnis CBG

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des CBG-Gehalts in getrocknetem Cannabis mit einem DS2500 Solid Analyzer.
Abbildung 5. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Leistungszahlen für die Vorhersage des CBG-Gehalts in getrocknetem Cannabis unter Verwendung eines DS2500 Solid Analyzers.
Leistungszahlen Wert
R2 0.849
Standardfehler der Kalibrierung 0.16%
Standardfehler der Kreuzvalidierung 0.17%

In dieser Application Note wird eine Vis-NIR-Methode vorgestellt, die sich hervorragend für die schnelle Quantifizierung der drei wichtigsten Cannabinoide in Cannabis (d. h. THC, CBD und CBG) eignet. Im Vergleich zur Standard-HPLC-Methode (Tabelle 2) spart die Cannabisanalyse mit Nahinfrarotspektroskopie bis zu 30 Minuten Zeit pro Analyse. Außerdem erfordert die NIRS keine chemischen Reagenzien und ist eine zerstörungsfreie Analysetechnik.

Tabelle 2. Zeit bis zum Ergebnis mit der herkömmlichen HPLC-Methode.
Parameter Methode Zeit zum Ergebnis
THC, CBD, CBG HPLC ∼10 Min. (Vorbereitung) + ∼20 Min. (HPLC)
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