Chromatographie dans les tests de cannabis

Jun 13, 2023

Michelle Sprawls est la directrice scientifique de CULTA. Elle est diplômée de la Northern Arizona University avec un BS en microbiologie et est certifiée dans les machines d'extraction d'hydrocarbures en boucle fermée, la filtration adsorbante,...

L'industrie du cannabis évolue rapidement et connaît une croissance exponentielle dans la plupart des États-Unis, de plus en plus d'États légalisant les marchés médicaux et récréatifs. Une chose qui n'a pas changé au fil des ans est la nécessité de tester ces produits avant leur mise sur le marché pour assurer la santé et la sécurité des consommateurs.

De nombreux États de l'industrie du cannabis auront mis en place certaines réglementations obligeant les producteurs et les transformateurs à tester/dépister les pesticides, les mycotoxines et les solvants résiduels, ainsi qu'à valider la puissance et les niveaux de terpènes pour chaque lot. De nombreux laboratoires multidisciplinaires cherchent des moyens de diversifier leur clientèle ou de trouver de nouvelles voies de recherche pour leur laboratoire, mais ne savent pas comment appliquer les instruments de chromatographie existants aux tests de cannabis ou comment en sélectionner de nouveaux à ajouter à leur arsenal. Cet article couvre les considérations clés pour choisir une méthode et des instruments de chromatographie pour vos besoins spécifiques.

Les cannabinoïdes sont une classe chimique spécifique trouvée dans le cannabis qui est produite dans les trichomes glandulaires de la plante et peut être analysée par chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Les systèmes basés sur HPLC avec des détecteurs ultraviolets (UV) ont été la référence en matière d'analyse des cannabinoïdes. La quantité de chaque cannabinoïde est déterminée en faisant briller la lumière UV sur les composés séparés. Chaque cannabinoïde absorbe la lumière UV à un degré différent selon sa concentration. En mesurant la quantité de lumière UV absorbée par chaque cannabinoïde, vous pouvez déterminer la quantité. Les niveaux de puissance varient d'un cultivar à l'autre, ce qui rend la quantification du tétrahydrocannabinol (THC), du cannabidiol, du cannabinol et du cannabigérol et d'autres phytocannabinoïdes, ainsi que leurs formes acides natives, une nécessité pour le dosage. L'analyse de la fleur de cannabis et des extraits est généralement effectuée à l'aide d'un étalon de référence de cannabinoïde certifié et d'une analyse de 10 minutes des 11 cannabinoïdes sur une colonne C18. Le principal avantage de la HPLC par rapport à la chromatographie en phase gazeuse (GC) est la capacité de quantifier les formes acides et neutres des cannabinoïdes sans dérivation car des températures élevées ne sont pas nécessaires pour l'analyse. HPLC fournit un rapport chimique plus complet des échantillons de cannabis par rapport au GC.3

La spectrométrie de masse par chromatographie liquide (LC/MS) est utilisée pour tester la puissance du cannabis et du chanvre dans des scénarios où l'identification est essentielle. Un système LC/MS contient un HPLC tel que décrit ci-dessus mais au lieu d'un détecteur UV non sélectif, le détecteur est un spectromètre de masse. Comme les molécules sont mesurables par leur masse, la LC/MS fournit des résultats quantitatifs hautement sélectifs. LC/MS est la méthodologie de test la plus sensible et la plus sélective disponible à l'échelle commerciale. Il fournit des résultats précis sur des échantillons dans des matrices complexes, permettant aux laboratoires d'analyse du cannabis et du chanvre d'identifier des caractéristiques moléculaires uniques.

Les composés terpéniques et terpénoïdes sont des composés aromatiques naturels qui donnent au cannabis sa saveur et son arôme uniques. Outre les propriétés aromatiques et leurs avantages pour la santé, ils ont également une relation synergique avec les cannabinoïdes, qui renforcent encore l'effet thérapeutique du THC. Les monoterpènes, les diterpènes et les sesquiterpènes peuvent être caractérisés en étudiant le nombre d'unités répétitives de l'isoprène, une molécule à cinq carbones qui est la caractéristique structurelle de tous les composés terpénoïdes. Les concentrations de terpènes individuels varient selon la variété, le moment de la récolte et les espaces de séchage/affinage. Une méthode analytique robuste est nécessaire pour profiler chimiquement les terpènes dans le cannabis et les produits cannabinoïdes. L'approche la plus courante pour l'analyse des terpènes est la GC à espace de tête avec détection par ionisation de flamme, spectrométrie de masse (MS) ou les deux. L'utilisation de l'espace de tête via une injection à pression équilibrée est une solution rapide, simple, précise et précise. Cette solution permet également d'introduire les composants d'intérêt (par exemple, les solvants résiduels et les terpènes) dans le système analytique.

GC-MS est une technique efficace et robuste pour étudier les produits à base de cannabis pour les terpènes, fournissant une résolution chromatographique, une identification et une quantification. Les colonnes GC peuvent améliorer l'identification en surmontant les défis posés par les isomères et les différences dans le caractère aromatique des terpènes. L'utilisation d'étalons, de réactifs et de consommables de chromatographie de haute qualité est une condition préalable pour des tests et une détection précis et fiables des terpènes dans les cultures de cannabis et les produits dérivés du cannabis.

L'analyse des solvants résiduels est effectuée par chromatographie en phase gazeuse/analyse par spectrométrie de masse. Le principal avantage de cette approche est que l'espace de tête est une technique rapide, simple, exacte et précise qui permet aux composants d'intérêt (par exemple, les solvants résiduels) d'être introduits dans le système analytique. Un échantillon est placé dans un récipient d'échantillonnage fermé et chauffé à l'aide d'un profil de température connu. Les pics chromatographiques sont bien séparés avec une durée d'exécution d'environ sept minutes et demie et un temps de cycle d'échantillon à échantillon de moins de 11 minutes.1 L'utilisation de la SM permet l'identification des composants sans se soucier des faux positifs, tout en maintenant extrêmement temps d'exécution rapides. La sélection de la colonne GC appropriée pour les solvants résiduels ou les terpènes doit être basée sur quatre facteurs importants : la phase stationnaire, le diamètre interne de la colonne, l'épaisseur du film et la longueur de la colonne. Le choix correct des MRC, des normes de référence analytiques, des solvants de haute pureté et des colonnes constitue la base du développement de la méthode.

Des pesticides et des mycotoxines potentiellement nocifs peuvent être présents dans les cultures et les extraits de cannabis malgré leur vente légale. Les pesticides sont classés en sept grands groupes en fonction du domaine d'utilisation : insecticides, herbicides, fongicides, rodenticides, acaricides, molluscicides et nématicides. La plupart des pesticides ont un impact négatif sur la santé humaine et sur l'environnement, entraînant leur utilisation restreinte ou leur interdiction totale. Les mycotoxines sont des métabolites secondaires hautement toxiques de certains champignons et moisissures qui contaminent facilement les cultures vivrières.

Des méthodes précises d'identification et de quantification des pesticides et des mycotoxines dans le cannabis sont essentielles pour la sécurité des consommateurs ; cependant, il n'existe actuellement aucune ligne directrice harmonisée pour les tolérances aux résidus de pesticides et de mycotoxines. Par conséquent, chaque État a sa propre liste de ces contaminants avec des limites de tolérance résiduelles légales qui peuvent être très différentes dans chaque région. La sélectivité et la sensibilité requises pour déterminer les résidus de pesticides et de mycotoxines dans ces matrices complexes ne peuvent être atteintes que par une approche à double plate-forme utilisant à la fois LC/MS/MS et GC/MS/MS. Cette approche à double instrument est recommandée pour obtenir le débit nécessaire pour réussir par rapport à une approche LC/MS/MS uniquement.

La LC-MS/MS est la méthode de choix pour l'analyse des pesticides et des mycotoxines avec une sélectivité et une sensibilité supérieures, en particulier pour les résidus de pesticides et de mycotoxines de polarités et de poids moléculaires différents dans des matrices complexes. La GC-MS/MS est une méthode sélective et sensible pour les pesticides volatils et hydrophobes tels que les organophosphates et les organochlorés.2 L'utilisation de protecteurs d'analyte peut réduire les effets indésirables liés à la matrice et la dérivatisation peut améliorer la détection et la sensibilité de la méthode. Une combinaison de GC-MS/MS et LC-MS/MS est utilisée pour l'analyse multi-résidus de pesticides et de mycotoxines. La SM quadripolaire en tandem offre une sensibilité et une sélectivité élevées pour l'analyse simultanée de centaines de pesticides à de faibles niveaux de ng/g (ppb) en une seule analyse.

De nombreux échantillons de cannabis peuvent être analysés par divers instruments GC tant que les composés sont raisonnablement volatils tout en étant thermiquement stables. Ces facteurs ont un impact sur l'efficacité de la colonne, la résolution et la capacité d'échantillonnage. Il n'y a pas de raccourci facile pour optimiser une bonne méthode. Les fournisseurs d'instruments peuvent fournir de bons outils et méthodes comme point de départ, mais les laboratoires doivent être prêts à les personnaliser davantage pour les adapter parfaitement au flux de travail et aux capacités de leur installation.

Les références:

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). Étude de la décarboxylation des cannabinoïdes acides : une nouvelle approche utilisant la chromatographie en phase liquide supercritique ultra-haute performance/spectrométrie de masse à réseau de photodiodes. Recherche sur le cannabis et les cannabinoïdes, 1(1), 262-271.

Michelle Sprawls est la directrice scientifique de CULTA. Elle est diplômée de la Northern Arizona University avec un BS en microbiologie et est certifiée dans les machines d'extraction d'hydrocarbures en boucle fermée, la filtration adsorbante et la chromatographie pour l'extraction d'hydrocarbures en boucle fermée. Elle est également membre du conseil consultatif scientifique de CloudLIMS.