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Bibliographic Metadata

Title
Neue Infrarotspektroskopische Methoden zur Qualitätskontrolle von Arzneipflanzen / eingereicht von Mag.pharm. Cornelia Pezzei
Additional Titles
Novel infrared spectroscopic methods for quality control of medicinal plants
AuthorPezzei, Cornelia
CensorBonn, Günther ; Abel, Gudrun
Thesis advisorBonn, Günther ; Huck, Christian
PublishedInnsbruck, Jänner 2016
DescriptionIX, 155 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteUniversität Innsbruck, Dissertation, 2016
Date of SubmissionFebruary 2016
LanguageGerman
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Infrarotspektroskopie / Qualitätskontrolle / Arzneipflanzen / Erntezeitpunktsbestimmung
Keywords (EN)Infrared Spectroscopy / Quality Control / Medicinal Plants / Ideal Time of Harvest / Infrared Spectroscopy - Quality Control - Medicinal Plants - Ideal Time of Harvest
Keywords (GND)Gartenthymian / Eisenkraut / Infrarotspektroskopie / Qualitätskontrolle / Ernte
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4003 Persistent Identifier (URN)
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Neue Infrarotspektroskopische Methoden zur Qualitätskontrolle von Arzneipflanzen [6.06 mb]
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Classification
Abstract (German)

Im Rahmen dieser Studie wurden neue schwingungsspektroskopische Methoden basierend auf Infrarotspektroskopie etabliert, welche eine effiziente analytische Untersuchung der Arzneipflanzen Thymus vulgaris/zygis und Verbena officinalis ermöglichen. Als Vergleichs- und Referenzmethoden wurden neu entwickelte Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) Methoden sowie die UV/Vis-Spektroskopie eingesetzt.

Neue Nah-Infrarot (NIR) und Abgeschwächte Totalreflexion-Mittlere-Infrarot (ATR-MIR) spektroskopische Methoden zur Qualitätskontrolle von Thymi herba wurden entwickelt und erstmals miteinander verglichen. Mithilfe der multivariaten Datenanalyse (MVA) erfolgte die Erstellung von Partial Least Square (PLS)-Regressionsmodellen, welche eine rasche und verlässliche Quantifizierung der pflanzlichen Wirkkomponenten Rosmarinsäure und Thymol sowie die Bestimmung des antioxidativen Potentials der Droge ermöglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die ATR-MIR-Spektroskopie eine bessere Vorhersageleistung im Vergleich zur NIR-Spektroskopie ermöglicht.

Zur Bestimmung des optimalen Erntezeitpunkts von Verbena officinalis wurde eine neue zerstörungsfreie NIR Methode entwickelt und evaluiert. Dabei wurde die NIR-Messung an frischen Pflanzenproben durchgeführt. Die erhaltenen Qualitätsparameter der erstellten PLS-Modelle bestätigen die Anwendbarkeit der NIR- Spektroskopie zur Erntezeitpunktsbestimmung der Arzneipflanze.

Schließlich wurde die Leistungsfähigkeit eines mobilen NIR-Spektrometers getestet, um direkte Messungen am Anbaufeld zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Verbascosid mit nahezu gleicher Genauigkeit wie mit dem Benchtop Gerät bestimmt werden kann. Für die Verbenalinbestimmung ist die Anwendung eines Handgeräts mit unterschiedlichem spektralen Bereich und höherer Auflösung erforderlich.

Die hier vorliegende Dissertationsarbeit veranschaulicht, dass die Infrarotspektroskopie als schnelle und nicht-invasive Messmethodik aufwendige nasschemische Verfahren ersetzen kann. Zusätzlich bietet sie den Vorteil der simultanen Bestimmbarkeit von mehreren physikalischen und chemischen Parametern. Die stetige Miniaturisierung der Messtechnik ermöglicht zusätzlich laborunabhängige Analysen. Aus diesen Gründen gewinnt die Infrarotspektroskopie im Rahmen der Qualitätskontrolle in der Phytopharmakaindustrie immer mehr an Bedeutung. Mit Hilfe dieser neuen Analysentechnologie können die laufenden Kosten für eine effiziente Qualitätskontrolle zusätzlich drastisch gesenkt werden.

Abstract (English)

In the present work novel vibrational spectroscopic techniques coupled with multivarate analysis (MVA) were established enabling an efficient analytical investigation of Thymus vulgaris/zygis and Verbena officinalis. Novel high performance liquid chromatography (HPLC) methods and UV/Vis spectroscopy were applied as reference methods.

Near-infrared (NIR) and attenuated total reflectance-mid-infrared (ATR-MIR) spectroscopic methods were successfully developed for the quantification of the two important compounds rosmarinic acid and thymol and for the determination of the antioxidant capacity of thyme. Both spectroscopic techniques can be applied for a quick and reliable quality control of Thymi herba. The results suggest that for this application ATR spectroscopy provides slightly better prediction performance than NIR spectroscopy.

To determine the best time of harvest of Verbena officinalis a novel near-infrared technique was developed and validated. NIR measurements were performed non-invasively on the fresh plant material. For the quantification of the key constituents Verbenalin and Verbascosid during blooming time Partial Least Square (PLS) regression models have been established. The obtained quality parameters show the suitability of NIR spectroscopy for defining the ideal time of harvest of Verbena officinalis. Finally a handheld device was applied to analyse the in-field applicability. The results show that the prediction of Verbascosid could be performed with nearly the same accuracy as for the benchtop spectrometer. PLS models for Verbenalin were less precise, the application of a mobile NIR spectrometer with a different spectral range and higher resolution may lead to further improved calibration models.

The results of this study are considered to introduce vibrational infrared spectroscopy as a fast and non-invasive analysis method which is able to replace time consuming and destructive wet chemistry. Furthermore the ongoing miniaturisation of the analysis technology provides the possibility of laboratory independent measurements. Therefore infrared spectroscopy becomes increasingly important as a powerful analytical tool for quality control in the phytopharmaceutical industry. Running costs for on-line quality control might be dramatically reduced applying this novel analytical technique.

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