Очистка каннабиноидов методом жидкостной хроматографии: аналитический и препаративный подходы

Этот материал создан исключительно в научно-исследовательских целях, а описанное в нем оборудование предназначено для использования в сертифицированных испытательных лабораториях на территории Украины в соответствии с действующими требованиями украинского законодательства.

Постепенная декриминализация каннабиса для медицинских и рекреационных целей существенно повысила интерес к его химическому составу, прежде всего к каннабиноидам, которые активно исследуются благодаря потенциальным обезболивающим, противовоспалительным и противотревожным свойствам.

В то же время очистка каннабиноидов из растительного сырья, паст или масел остается непростой технологической задачей. Причина – сложная матрица экстрактов, содержащая терпены, воски, пигменты и другие сопутствующие компоненты. Дополнительную сложность создает сходство химических структур и физико-химических свойств самих каннабиноидов, что затрудняет их селективное разделение.

Именно поэтому для работы с такими образцами применяются высокоточные методы, среди которых жидкостная хроматография занимает ключевое место. Она позволяет эффективно разделять, анализировать и очищать целевые соединения из природных субстратов с достижением высокого уровня чистоты.

Аналитическая и препаративная высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Жидкостная хроматография может использоваться как в аналитическом, так и в препаративном масштабе. Каждый подход имеет четко определенное назначение:

• Аналитическая ВЭЖХ – для качественного и количественного анализа компонентов смеси, идентификации веществ, определения их концентраций и контроля примесей
• Препаративная ВЭЖХ – для физического выделения и очистки целевых соединений в необходимом количестве

Оба подхода взаимодополняемы: разработка препаративного метода очистки обычно начинается именно с аналитического масштаба.

Оборудование KNAUER для работы с каннабиноидами

Все приведенные ниже решения реализуются на оборудовании KNAUER – немецкого производителя, который с 1962 года специализируется на разработке систем жидкостной хроматографии. Компания базируется в Берлине и предлагает широкий спектр решений: от аналитических и препаративных ВЭЖХ-систем до FPLC, SMB-установок, осмометров и технологий для производства липидных наночастиц (LNP).

Аналитическая ВЭЖХ в контроле продуктов с каннабиса

Аналитическая ВЭЖХ применяется в разных задачах, связанных с контролем продуктов из каннабиса, и помогает специалистам всех сегментов рынка. Для получения безопасного продукта высокого качества необходимо провести ряд лабораторных тестов. К ним относятся:

• Определение содержания активных веществ путем количественного анализа ТГК (наличие / отсутствие ТГК)
• Выявление природных примесей, в частности микотоксинов
• Определение искусственных примесей, таких как пестициды

Схема потока для AZURA Cannabis Profiler

Пример аналитического решения

Специализированные системы, такие как AZURA Cannabis Profiler, помогают:

• Определять шесть основных каннабиноидов за 15 минут в соответствии с требованиями DAB / Ph. Eur.
• Проводить детальный анализ с высоким разрешением до 15 каннабиноидов за 20 минут

Количественное определение шести каннабиноидов за 15 минут в соответствии с требованиями DAB / Ph. Eur.

Подробный анализ 15 основных каннабиноидов за 20 минут

Ниже представлен пример перечня компонентов, которые могут быть разделены в рамках такого анализа.

Типовой перечень определяемых соединений

Препаративная хроматография для очистки каннабиноидов

В случаях, когда необходимо получить высокоочищенные каннабиноиды из растений каннабиса или сырых экстрактов, препаративная хроматография – наиболее универсальный метод.

Разработка препаративного метода

Оптимальный подход предполагает поэтапную разработку метода:

1.    Аналитический этап

Разработка препаративного метода сначала проводится в аналитическом масштабе. На этом этапе получают начальную хроматографическую информацию об образце с использованием первичного градиента.

2.    Оптимизация разделения

После первоначального анализа оптимизируется разрешение в зоне целевого соединения. Для этого применяется фокусный градиент с пологим наклоном, позволяющий достичь лучшего разделения компонентов.

3.    Исследование перегрузки

На следующем этапе проводится исследование перегрузки по объему и/или массе. Это необходимо для определения максимальной нагрузки на колонку перед переходом к препаративному масштабу.

4.    Масштабирование метода

Масштабирование хроматографического разделения требует высокой точности расчетов. В случае ошибок конечный результат не обеспечит того же разрешения, которое было достигнуто в аналитическом масштабе. В целом масштабирование – сложный процесс из-за большого количества взаимосвязанных переменных.

Линейное масштабирование

Самый простой вариант масштабирования – линейное масштабирование, которое осуществляется с использованием колонок:

• С одинаковой неподвижной фазой
• Одинаковой длины
• С одинаковым размером частиц
• Но с разным внутренним диаметром

Схема потока для AZURA Cannabis Purifier

В отличие от аналитической, цель препаративной хроматографии – сбор пиков или участков хроматографического прогона, представляющих интерес. После выявления детектором аналит собирается коллектором фракций. Из-за этого используемые детекторы должны быть недеструктивными или система должна быть оснащена сплиттером потока. Чувствительность детектора при этом не играет ключевой роли по сравнению с аналитической хроматографией, поскольку его информация используется для разделения фракций, а не для количественного анализа.

Одно из основных преимуществ препаративной хроматографии – возможность масштабирования процесса очищения от микро- или миллиграммовых количеств до граммов и даже килограммов. Кроме того, в препаративной хроматографии используется максимально возможная концентрация и объем инъекции, что помогает уменьшить количество инъекций, сократить расход подвижной фазы и снизить объем образовавшихся отходов растворителя. Еще одно практическое преимущество – возможность повторной очистки или анализа образца в случае неудачного эксперимента с первой попытки.

Очистка каннабидиола (CBD) из CBD-масла

Эффект очистки подтверждается сравнением хроматограмм до и после препаративного разделения.

Хроматограмма образца до очистки

Хроматограмма образца после очистки

Обозначение пиков (пример)

Хроматограммы анализа до (−) и после (−) очистки

1 – каннабигерол (CBG)

2 – каннабидиол (CBD)

3 – Δ⁹-тетрагидроканабиноловая кислота (Δ⁹-THCA)

Решения KNAUER в Украине

В Украине официальным дистрибьютор жидкостных хроматографов AZURA бренда KNAUER – ООО «Химлаборреактив». Компания поставляет оборудование, обеспечивает инсталляцию, методическую поддержку и сервисное сопровождение на всех этапах внедрения. Специалисты ХЛР помогут подобрать оптимальное решение для задач анализа и очистки каннабиноидов с учетом типа образцов, регуляторных требований и производственных масштабов.

Анастасия Рябченко, 

продакт-специалист Отдела аналитического оборудования ХЛР