Въведение
Поливинилпиролидонът (PVP) е водоразтворим полимерен материал с уникални физикохимични свойства. След откриването му в средата на 20-ти век той бързо се превърна в едно от трите основни нови помощни вещества в областта на фармацевтиката поради отличната си разтворимост, филмообразуване, биосъвместимост и стабилност. Той може да се използва като съразтворител в таблетки, гранули и инжекции, както и като съпътстващ агент в капсули. Освен това служи като диспергиращ агент за течни формули и оцветители, стабилизатор за ензими и чувствителни към топлина лекарства, както и като копреципант за слабо разтворими лекарства. Използва се и като обеззаразител в офталмологични лекарства и като лубрикант. Чрез реакция на радикална полимеризация N-винилпиролидонът (NVP) може да се полимеризира до поливинилпиролидон (PVP). По този начин чистотата и качеството на NVP влияят пряко върху ефективността на PVP (структурни формули на PVP и NVP, вж. фигура 1).
Параметри на измерването
Тестовата проба е бял PVP прах. Тестът беше извършен с помощта на NETZSCH STA Jupiter®, свързан с Bruker INVENIO. При този метод продуктите, отделяни по време на термогравиметричния анализ, се пренасят през нагрята преносна линия с помощта на продухващ газ. Това позволява директен анализ и идентификация на отделящите се вещества по отношение на тяхната структура с помощта на детектора на инфрачервения спектрометър (FT-IR). Чрез свързването на термовезна и FT-IR едновременно се измерва промяната на масата на пробата с увеличаване на температурата, както и функционалните групи на отделените газове. Параметрите на измерването са описани подробно в таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване на TGA-FT-IR
| Инструмент | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Носител на пробата | TGA тип S |
| Температурна програма | RT - 675°C |
| Скорост на нагряване | 10 K/min |
| Тигел | Al2O3, 300 μl, отворен |
| Маса на пробата | 39.77 mg |
| Газова атмосфера | Азот |
| Скорост на газовия поток | 70 ml/min |
Параметри на измерването FT-IR | |
| Спектрален обхват | 4000 - 650 cm-1 |
| Разделителна способност | 4 cm-1 |
| Режим на сканиране | Средно 16 сканирания на спектър |
| Детектор | TE-DLaTGS |
На фигура 2 са показани измерванията на TGA-FT-IR. Кривата на TGA показва, че има три етапа на загуба на маса за пробата от PVP. Първият интервал на загуба на маса е между RT и 136 °C с промяна на масата от 0,99 %; вторият интервал на загуба на маса е между 136 °C и 252 °C с промяна на масата от 1,06 %; а третият интервал на загуба на маса е между 252 °C и 675 °C с промяна на масата от 93,38 %. Остатъчната маса възлиза на 4,55 %. Кривата DTG е производна от първи ред на кривата TGA, която отразява скоростта на загуба на маса на пробата. Пиковете в кривата на DTG са установени при 73,7 °C, 211,1 °C и 428,5 °C. Кривата на Грам Шмидт, която показва общия интензитет на инфрачервения спектър, е в добро съответствие с кривата на DTG.
На фигура 3 са показани пълните FT-IR данни за PVP в 3D диаграма, зависеща от температурата и вълновото число. Кривата на TGA е нанесена в червено отзад и показва корелацията на загубата на маса с нарастването на интензитета на инфрачервения спектър.
За подробна оценка на инфрачервените данни бяха взети отделни спектри при различни температури и сравнени с библиотеката на газовата фаза. Инфрачервените спектри, извлечени при 72°C, 171°C, 231°C, 282°C и 431°C, могат да се видят на фигура 4.
Водата се отделя по време на първите две стъпки на загуба на маса в температурния диапазон до 270°C; вижте референтния спектър на фигура 5. В спектрите, извлечени при 171°C, 213°C и 282°C, беше открито отделяне наCO2. Спектрите при 171°C и 282°C също показват известно сходство с 2-пиролидинон. Не е наличен референтен спектър на NVP в газова фаза.
На фигура 6 е показан FT-IR спектърът по време на основната стъпка на разлагане. Инфрачервените оптични абсорбционни спектри на NVP и PVP се различават поради разликите в молекулната структура и полимеризационните ефекти. Таблица 2 показва сравнението на характерните пикове в инфрачервените абсорбционни спектри на PVP и NVP. Абсорбционният пик C=O на NVP е на по-висока позиция (1748 cm-1), докато този на PVP обикновено е в диапазона 1650-1680 cm-1; и в молекулата на NVP има винилова група (C=C), докато в PVP няма такава двойна връзка.
От горния анализ и съответния спектър, открит при 428°C, е вероятно да е открит мономерът NVP. В резултат на това може да се заключи, че пробата от PVP се е разпаднала при температура над 350°C. Освен това вероятно едновременно се е освободила смес от други продукти на пиролизата. Тази констатация е в съответствие с процеса на пиролиза, описан в литературата [1].
Таблица 2: Сравнение на характерните инфрачервени спектрални пикове на NVP (мономер) и PVP (полимер)
| Диапазон на вълновия номер | NVP (мономер) | PVP (полимер) |
| 3400-3500 cm-1 | O-H разтягаща вибрация | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H разтягаща вибрация | |
| 1748-1650 cm-1 | Карбонилна (C=O) разтягаща вибрация | |
| при 1630 cm-1 | Разтягаща вибрация на двойната връзка C=C | Няма очевидна (C=C) разтягаща вибрация |
| при 1420 cm-1 | Огъваща вибрация на метилена | |
| при 1330 cm-1 | C-N- разтягаща вибрация | |
Заключение
Тъй като търсенето на персонализирана медицина и сложни формулировки продължава да расте, PVP се използва във все по-иновативни приложения като фармацевтичен ексципиент, като например в 3D-принтирани носители на лекарства и системи за целенасочено доставяне на лекарства. Това развитие разширява неговата роля и засилва значението му във фармацевтичната индустрия. Чрез използване на техники за термоаналитично свързване може да се анализира съставът на газовете, отделяни по време на термичното разлагане на PVP, което предоставя ценни данни за по-нататъшни изследвания на продукта. Освен това разбирането на пиролизните продукти на PVP е от решаващо значение за осигуряване на безопасността на лекарствата при по-високи температури, тъй като това помага Identify потенциални токсични странични продукти, които биха могли да повлияят на стабилността на лекарствата и здравето на пациентите.