Riassunto analitico
Il lavoro di Tesi è incentrato su uno studio elettroanalitico volto allo sviluppo di un sensore amperometrico per la determinazione simultanea di due cannabinoidi, il Delta-9-tetraidrocannabinolo (THC) e il cannabidiolo (CBD), che costituiscono rispettivamente il componente psicoattivo e non psicoattivo delle piante di Cannabis sativa. In entrambi i casi la rilevazione elettrochimica si basa sull'ossidazione del gruppo fenolico. A causa della stretta somiglianza fra le due molecole, esse portano a responsi elettrochimici molto simili tra loro in quanto l’ossidazione dei due analiti avviene pressoché allo stesso valore di potenziale. Per giungere alla realizzazione di un sensore che sia in grado di discriminare le due molecole, è stato innanzitutto necessario mettere a punto il metodo di rilevazione elettrochimico. A tal fine, sono state eseguite delle analisi voltammetriche in voltammetria ciclica (CV) e in voltammetria differenziale ad impulsi (DPV). Le misure preliminari sono state eseguite in una cella convenzionale a tre elettrodi, costituita da un elettrodo di lavoro in grafite (Gr) o un elettrodo di carbone vetroso (GC), un controelettrodo, consistente in un filo di platino attorcigliato, ed un elettrodo di riferimento, di Ag/AgCl/KCl 3M. Nell'ambito del lavoro si sono confrontate le prestazioni, in termini di precisione e sensibilità della misura, dell'elettrodo Gr e quello GC per l'analisi dei cannabinoidi. Le prestazioni dell'elettrodo Gr usato tal quale sono state poi confrontate con quelle di elettrodi ottenuti dopo avere modificato la superficie elettrodica con Carbon Black (CB), un materiale nanostrutturato a base carboniosa. In particolare, la modifica è avvenuta tramite tecnica drop casting, utilizzando CB a diverso grado di ossidazione e con diversa composizione chimica superficiale, denominati N220, PL6, HP160 e superP. Le analisi sono state eseguite, in questo caso, con soluzioni di resorcinolo (RC), perché contiene lo stesso gruppo elettroattivo dei derivati cannabinoidi, ma è più economico; tutte le soluzioni sono state preparate in tampone Britton-Robinson (BRB) 0.1 M a pH 7, con aggiunta di MeOH al 30%. In vista dell’applicabilità del sensore con un dispositivo portatile, si è passati, in un secondo tempo, all’uso di elettrodi stampati (SPE), realizzati dall’università di Tor Vergata. Gli SPE sono stati utilizzati tal quali e dopo avere modificato la superficie dell'elettrodo di lavoro con i CB risultati più efficienti nella prima parte di questo lavoro: N220 e superP. Con questi SPE si è eseguito un disegno sperimentale, che ha compreso l'analisi di nove soluzioni a diversa concentrazione di CBD e THC, analizzate per tre volte con ciascuno dei tre elettrodi: SPE nudo, SPE-N220 e SPE-superP. Sono prese in esame soluzioni contenenti solo CBD, solo THC, il bianco in assenza di entrambi e la miscela dei due analiti in rapporto 1:1, 1:2 e 2:1; anche in questo caso, le soluzioni sono preparate nella miscela BRB 0.1 M a pH 7 e MeOH al 30%, come per il resorcinolo. Sulla matrice dei dati ottenuti dal disegno sperimentale è stata realizzata, da parte del gruppo di chemiometria di Reggio Emilia, l’analisi chemiometrica, con la finalità di verificare se fosse possibile, sulla base del responso voltammetrico, discriminare campioni contenenti solo CBD, solo THC o una miscela dei due. I risultati delle varie analisi possono costituire un punto di partenza per delle ulteriori indagini future.
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Abstract
This work focuses on an electroanalytical study aimed at the development of an amperometric sensor for the simultaneous determination of two cannabinoids, Delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) and cannabidiol (CBD), which respectively constitute the psychoactive and non-psychoactive component of the Cannabis sativa plants. In both cases the electrochemical detection is based on the oxidation of the phenolic group; due to the close similarity between the two molecules, they lead to very similar electrochemical responses since the oxidation of the two analytes takes place almost at the same potential value. To achieve a sensor capable of discriminating the two molecules, it was first necessary to develop a suitable electrochemical detection method. For this purpose, voltammetric analyzes were performed in cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV). Preliminary measurements were carried out in a conventional three-electrode cell, consisting of a graphite working electrode (Gr) or a glassy carbon electrode (GC), a counter electrode, consisting of a twisted platinum wire, and an electrode of reference, of Ag/AgCl/KCl 3M. In this work, a comparison of the performances, in terms of precision and sensitivity of the measurement, of the Gr electrode and the GC electrode for cannabinoids analysis was done. The performance of the Gr electrode, used as such, was then compared with that of electrodes obtained by modifying the electrode surface with Carbon Black (CB), a carbon-based nanostructured material. In particular, the modification took place via drop casting technique, using CB with different degrees of oxidation and with different chemical surface composition, called N220, PL6, HP160 and superP. The analyzes were performed, in this case, with resorcinol (RC) solutions, because it contains the same electroactive group as the cannabinoid derivatives, but it is cheaper; all solutions were prepared in Britton-Robinson buffer (BRB) 0.1M at pH 7, with the addition of MeOH 30%.
In view of the applicability of the sensor with a portable device, we have moved on to the use of screen printed electrodes (SPE), made by the University of Tor Vergata. The SPEs were used as such and by modifying the surface of the working electrode with the CBs, that in the first part of this work turned out to be the most efficient: N220 and superP. An experimental design was carried out with these SPEs, which included the analysis of nine solutions with different concentrations of CBD and THC, analyzed three times with each of the three electrodes: bare SPE, SPE-N220 and SPE-superP. Solutions containing only CBD, only THC, the blank in the absence of both and the mixture of the two analytes in the ratio 1:1, 1:2 and 2:1 were examined; also in this case, the solutions were prepared in the mixture of BRB 0.1 M at pH 7 and MeOH 30%, such as resorcinol. The chemometric analysis was carried out on the obtained dataset by the chemometrics group of Reggio Emilia, in order to verify the possibility of discriminating samples containing only THC, only CBD or a mixture of both on the base of the electrochemical signals. The results of the various analyzes can be a starting point for further future investigations.
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