В связи с легализацией каннабиса и соответствующим законодательством, касающимся анализа на содержание микропримесей металла, растет спрос на быстрые и простые методы кислотного расщепления.
Сосуды HVT с технологией SMART VENT обеспечивают удобное и надежное расщепление продуктов на основе каннабиса перед спектроскопическим анализом
1 Вступление
Хотя каннабис был запрещен в начале 20 века, он снова начинает активно использоваться в медицинских и рекреационных целях. В последние годы все больше и больше стран легализовали употребление медицинской марихуаны, а Уругвай, Канада, Джорджия и некоторые штаты США также легализовали рекреационное употребление каннабиса. В сравнении с хорошо отлаженной системой выращивания, переработки и продажи продуктов из каннабиса правительственные правила контроля качества сильно отстают. Существует нехватка стандартизированных методов, и в настоящее время каждое государство несет ответственность за регулирование контроля качества, что приводит к возникновению множества спорных ситуаций с точки зрения закона. Однако для обеспечения безопасности потребителей и качества продукции продукты на основе каннабиса и сам растительный материал должны быть проверены на эффективность активных ингредиентов, наличие пестицидов и токсичных тяжелых металлов, таких как мышьяк, кадмий, ртуть и свинец. Эти металлы представляют особый интерес, поскольку опасны для человека даже в низких концентрациях.
В процессе роста растения поглощают микроэлементы из почвы, удобрений и пестицидов, которые могут накапливаться в растительном материале. Этот эффект, основанный на естественном метаболизме, может привести к высоким концентрациям токсичных тяжелых металлов в растениях каннабиса, которые переносятся в конечные продукты и таким образом становятся опасными для потребителя. Тестирование на содержание тяжелых металлов представляет интерес и для государства, и для производителей, чтобы обеспечить безопасность потребителей и высокое качество продукции.
Промышленность предлагает огромное разнообразие продуктов на основе каннабиса, таких как сами растения, съедобные продукты, содержащие каннабис, ингаляции, масла, настойки, лосьоны и многое другое. В каждом случае требуется найти определенный подход в плане подготовки образцов к анализу. Реакционноспособные образцы, такие как масло КБД или сами растения, выделяют огромное количество реакционных газов во время расщепления, что ограничивает температуру и количество образца в герметично закрытых сосудах. Контролируемое выделение реакционных газов обеспечивается сосудами HVT с вентиляцией, активируемой давлением, чтобы гарантировать высокие температуры и превосходное качество расщепления даже крупных образцов.
Чтобы продемонстрировать пригодность сосудов HVT с технологией SMART VENT для пробоподготовки продуктов на основе каннабиса перед элементным анализом, были определены скорости восстановления из образцов с добавками для As, Cd, Hg, Pb.
2 Контрольно-измерительные приборы
Образцы расщепляли в сосудах HVT50 с использованием ротора 12HVT50 в микроволновой системе Multiwave GO/Multiwave GO Plus, а значения концентрации определяли с помощью ICP-MS.
Рисунок 1. Микроволновая система Multiwave GO Plus
Рисунок 2. Ротор 12HVT50
3 Эксперимент
3.1 Образцы
Было расщеплено пять видов продуктов из каннабиса:
- Цветки
- Масло КБД
- Жвачка
- Шоколад
- Лосьон
3.2 Процедура расщепления
Для образцов в виде цветков перед добавлением кислоты добавляли воду, чтобы подавить начальную реакцию. Для масла КБД сначала добавляли 2 мл кислоты, затем перемешивали, а затем добавляли оставшееся количество кислоты и воды, чтобы обеспечить гомогенизацию маслянистого образца. Для других образцов порядок добавления не имеет значения.
Для образцов без добавок приблизительно 0,5 г соответствующего образца взвешивали в сосудах HVT. Для образцов с добавками также было взято приблизительно 0,5 г соответствующего образца. Дополнительно в эти образцы добавляли различные объемы (5 мкл для низкого уровня, 100 мкл для среднего уровня и 350 мкл для высокого уровня) смешанного стандартного раствора (As: 10 мкг/мл, Cd: 10 мкг/мл, Hg: 5 мкг/мл, Pb: 20 мкг/мл) для достижения концентраций, указанных в таблице 1. Выбранные уровни добавок репрезентативно основаны на предельно допустимой концентрации для различных продуктов каннабиса, упомянутой в законах штата Калифорния. Все растворы заливали 3 мл H2O и 7 мл конц. HNO3
| Металл | Низкий | Средний | Высокий |
|---|---|---|---|
| As | 2 | 40 | 140 |
| Cd | 2 | 40 | 140 |
| Hg | 1 | 20 | 70 |
| Pb | 4 | 80 | 280 |
Таблица 1. Уровни концентрации для образцов с добавками, приведенные в частях на миллиард (ppb)
Заполненные сосуды помещали в микроволновую систему Multiwave GO / Multiwave GO Plus, оснащенную ротором 12HVT50, и подвергали расщеплению в соответствии с температурной программой, приведенной в таблице 2.
| Шаг | Нарастание [мин] | Температура [°C] | Пауза [мин] |
|---|---|---|---|
| 1 | 25:00 | 195 | 15:00 |
| 2 | — | 70 | — |
Таблица 2. Температурная программа, режим управления AVG
Рисунок 3. Репрезентативные параметры прогона (цветки каннабиса)
Полученные растворы переносили в пробирку для образцов, а 1 мл конц. HCl был добавлен для стабилизации ртути и мышьяка. После окончательного разбавления до 25 мл деионизированной водой образцы измеряли на ICP-MS (n=3). Для приготовления всех растворов использовались кислоты со следовым количеством металлов. Скорости восстановления оценивались путем вычисления измеренных значений образцов с добавками (образец с добавками минус образец без добавок) по отношению к теоретическому уровню добавок (см. таблицу 1).
4 Результаты
Все образцы были полностью расщеплены, а также были прозрачны и бесцветны при разбавлении.
Результаты оценивались исходя из соответствующих ограничений, указанных в законах штата Калифорния, а также в Фармакопее США (USP), Европейской фармакопее (Ph. Eur.) и соответствующем руководстве Международной конференции по гармонизации технических требований к регистрации фармацевтических препаратов для человека (ICH).
Законы штата Калифорния требуют, чтобы коэффициент восстановления составлял от 80 до 120 %. USP <233> Элементарные примеси - Процедуры, Ph.Eur. 5.20 и ICH Q3D утверждают, что коэффициент восстановления образцов с добавками должен составлять от 70 до 150 %, а относительные стандартные отклонения (RSD) должны составлять не более 20 %.
Независимо от вида образцов каннабиса, все индивидуальные значения находятся в пределах указанных фармацевтических спецификаций (коэффициент восстановления от 75,0 до 126,9 %, RSD ниже 11,2 %).
В среднем коэффициенты восстановления составляют 102,1 % для всех элементов, что также свидетельствует о соответствии нормативным актам штата Калифорния.
Коэффициенты восстановления и относительные стандартные отклонения проиллюстрированы на рисунке 4 и рисунке 5 соответственно. Данные приведены в таблице 3.
Рисунок 4. Коэффициенты восстановления для As, Cd, Hg и Pb
Рисунок 5: Относительные стандартные отклонения для As, Cd, Hg и Pb
| Цветки | As | Cd | Hg | Pb | |
|---|---|---|---|---|---|
| Добавки выс. | Измеренное значение [ppb] | 142.50 | 133.44 | 65.98 | 285.52 |
| Теоретическое значение [ppb] | 140.00 | 140.00 | 70.00 | 280.00 | |
| Восстановление [%] | 101.8 | 95.3 | 94.3 | 102.0 | |
| RSD [%] | 1.0 | 1.5 | 2.4 | 1.2 | |
| Добавки сред. | Измеренное значение [ppb] | 39.75 | 39.89 | 19.43 | 67.02 |
| Теоретическое значение [ppb] | 40.00 | 40.00 | 20.00 | 80.00 | |
| Восстановление [%] | 99.4 | 99.7 | 97.1 | 83.8 | |
| RSD [%] | 4.2 | 0.9 | 2.2 | 2.3 | |
| Добавки низ. | Измеренное значение [ppb] | 1.50 | 2.04 | 0.88 | 3.66 |
| Теоретическое значение [ppb] | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 4.00 | |
| Восстановление [%] | 75.0 | 101.9 | 87.8 | 91.4 | |
| RSD [%] | 0.8 | 2.9 | 3.3 | 1.4 | |
| Масло КБД | As | Cd | Hg | Pb | |
| Добавки выс. | Измеренное значение [ppb] | 139.45 | 167.00 | 85.01 | 237.19 |
| Теоретическое значение [ppb] | 140.00 | 140.00 | 70.00 | 280.00 | |
| Восстановление [%] | 99.6 | 119.3 | 121.4 | 84.7 | |
| RSD [%] | 2.5 | 1.8 | 1.3 | 1.2 | |
| Добавки сред. | Измеренное значение [ppb] | 42.85 | 49.05 | 24.46 | 79.74 |
| Теоретическое значение [ppb] | 40.00 | 40.00 | 20.00 | 80.00 | |
| Восстановление [%] | 107.1 | 122.6 | 122.3 | 99.7 | |
| RSD [%] | 3.1 | 2.3 | 2.6 | 1.9 | |
| Добавки низ. | Измеренное значение [ppb] | 2.05 | 2.29 | 1.26 | 4.01 |
| Теоретическое значение [ppb] | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 4.00 | |
| Восстановление [%] | 102.4 | 114.5 | 125.7 | 100.3 | |
| RSD [%] | 3.3 | 1.3 | 1.0 | 0.4 | |
| Жвачка | As | Cd | Hg | Pb | |
| Добавки выс. | Измеренное значение [ppb] | 164.00 | 133.00 | 66.48 | 315.49 |
| Теоретическое значение [ppb] | 140.00 | 140.00 | 70.00 | 280.00 | |
| Восстановление [%] | 117.1 | 95.0 | 95.0 | 112.7 | |
| RSD [%] | 0.4 | 0.4 | 1.3 | 0.42 | |
| Добавки сред. | Измеренное значение [ppb] | 47.80 | 39.70 | 19.38 | 89.39 |
| Теоретическое значение [ppb] | 40.00 | 40.00 | 20.00 | 80.00 | |
| Восстановление [%] | 119.5 | 99.3 | 96.9 | 111.7 | |
| RSD [%] | 2.1 | 1.1 | 0.9 | 1.2 | |
| Добавки низ. | Измеренное значение [ppb] | 2.04 | 1.90 | 0.98 | 4.30 |
| Теоретическое значение [ppb] | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 4.00 | |
| Восстановление [%] | 102.0 | 95.0 | 98.0 | 107.5 | |
| RSD [%] | 11.2 | 1.4 | 1.4 | 0.7 | |
| Шоколад | As | Cd | Hg | Pb | |
| Добавки выс. | Измеренное значение [ppb] | 157.00 | 135.71 | 65.04 | 279.71 |
| Теоретическое значение [ppb] | 140.00 | 140.00 | 70.00 | 280.00 | |
| Восстановление [%] | 112.1 | 96.9 | 92.9 | 99.9 | |
| RSD [%] | 2.8 | 2.7 | 3.0 | 2.4 | |
| Добавки сред. | Измеренное значение [ppb] | 47.10 | 40.91 | 19.24 | 64.91 |
| Теоретическое значение [ppb] | 40.00 | 40.00 | 20.00 | 80.00 | |
| Восстановление [%] | 117.8 | 102.3 | 96.2 | 81.1 | |
| RSD [%] | 3.9 | 2.0 | 2.5 | 1.1 | |
| Добавки низ. | Измеренное значение [ppb] | 1.84 | 2.13 | 1.04 | 3.72 |
| Теоретическое значение [ppb] | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 4.00 | |
| Восстановление [%] | 92.0 | 106.4 | 103.5 | 93.0 | |
| RSD [%] | 4.7 | 2.4 | 2.8 | 0.9 | |
| Лосьон | As | Cd | Hg | Pb | |
| Добавки выс. | Измеренное значение [ppb] | 112.69 | 147.96 | 81.72 | 355.29 |
| Теоретическое значение [ppb] | 140.00 | 140.00 | 70.00 | 280.00 | |
| Восстановление [%] | 80.5 | 105.7 | 116.7 | 126.9 | |
| RSD [%] | 2.9 | 2.0 | 2.2 | 1.9 | |
| Добавки сред. | Измеренное значение [ppb] | 34.49 | 43.41 | 23.32 | 79.13 |
| Теоретическое значение [ppb] | 40.00 | 40.00 | 20.00 | 80.00 | |
| Восстановление [%] | 86.2 | 108.5 | 116.6 | 98.9 | |
| RSD [%] | 2.8 | 2.0 | 2.1 | 2.0 | |
| Добавки низ. | Измеренное значение [ppb] | 1.78 | 2.13 | 0.98 | 4.05 |
| Теоретическое значение [ppb] | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 4.00 | |
| Восстановление [%] | 89.2 | 106.3 | 98.0 | 101.3 | |
| RSD [%] | 2.1 | 2.1 | 1.7 | 1.2 | |
Таблица 3. Данные измерений, коэффициенты восстановления и относительные стандартные отклонения всех образцов
5 Заключение
Расщепление в закрытых сосудах HVT с помощью микроволновой системы и технологии SMART VENT идеально подходит для цветков каннабиса и продуктов на его основе. Пригодность технологии SMART VENT на микроволновой системе Multiwave GO / Multiwave GO Plus в сочетании с ICP-MS была успешно проверена на пяти различных матрицах, связанных с каннабисом. Каждый образец был успешно расщеплен в течение 40 минут, и благодаря быстрому охлаждению микроволновой системы Multiwave GO / Multiwave GO Plus каждый прогон занимал менее 55 минут.
Коэффициенты восстановления токсичных тяжелых металлов As, Cd, Hg и Pb находятся в установленных пределах согласно USP <233>, Ph. Eur. 5.20 и ICH Q3D (от 70 до 150 % для восстановления и не более 20 % для RSD). В среднем показатели восстановления также соответствуют пределам согласно законам штата Калифорния (от 80 до 120%). Таким образом, расщепление с помощью микроволновой системы в сосудах HVT соответствует действующим государственным нормам в отношении продуктов из каннабиса.
Операторы могут работать с сосудами HVT без использования инструментов, что ускоряет рабочий процесс. Упомянутую процедуру можно легко реализовать с помощью системы Multiwave 5000 с использованием сосудов HVT в Роторе 24HVT50 и 41HVT56, что обеспечивает еще более высокую производительность: 24 или 41 проба за прогон соответственно.
6 Благодарность
Мы выражаем огромную благодарность Medicine Creek Analytics 3700 Pacific Highway E, Suite 400, Fife, WA 98424, США и Aaron Funk (Anton Paar USA) за проведение всех экспериментов.
