Úvod
Polyvinylpyrolidon (PVP) je ve vodě rozpustný polymerní materiál s jedinečnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Od svého objevu v polovině 20. století se rychle stal jednou ze tří hlavních nových pomocných látek v oblasti léčiv díky své vynikající rozpustnosti, tvorbě filmu, biokompatibilitě a stabilitě. Může se používat jako spolurozpouštědlo v tabletách, granulích a injekcích a také jako spolurozpouštědlo v kapslích. Kromě toho slouží jako dispergační činidlo pro tekuté přípravky a barviva, stabilizátor enzymů a léčiv citlivých na teplo a jako ko-precipitant pro špatně rozpustná léčiva. Používá se také jako dekontaminační činidlo v očních lécích a jako lubrikant. Radikálovou polymerační reakcí lze N-vinylpyrrolidon (NVP) polymerizovat na polyvinylpyrrolidon (PVP). Čistota a kvalita NVP přitom přímo ovlivňuje vlastnosti PVP (strukturní vzorce PVP a NVP viz obrázek 1).
Parametry měření
Zkušební vzorek byl bílý prášek PVP. Test byl proveden pomocí přístroje NETZSCH STA Jupiter® ve spojení s přístrojem Bruker INVENIO. Při této metodě jsou produkty uvolněné při termogravimetrické analýze přenášeny zahřátým přenosovým potrubím pomocí proplachovacího plynu. To umožňuje přímou analýzu a identifikaci vyvíjejících se látek z hlediska jejich struktury pomocí detektoru infračerveného spektrometru (FT-IR). Díky spojení termováhy a FT-IR se současně měří změna hmotnosti vzorku s rostoucí teplotou a také funkční skupiny uvolňovaných plynů. Parametry měření jsou podrobně uvedeny v tabulce1.
Tabulka 1: Podmínky měření TGA-FT-IR
| Přístroj | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Nosič vzorku | TGA typ S |
| Teplotní program | RT - 675 °C |
| Rychlost ohřevu | 10 K/min |
| Kelímek | Al2O3, 300 μl, otevřený |
| Hmotnost vzorku | 39.77 mg |
| Plynová atmosféra | Dusík |
| Průtok plynu | 70 ml/min |
Parametry měření FT-IR | |
| Spektrální rozsah | 4000 - 650 cm-1 |
| Rozlišení | 4 cm-1 |
| Režim skenování | Průměrování 16 skenů na spektrum |
| Detektor | TE-DLaTGS |
Obrázek 2 ukazuje měření TGA-FT-IR. Křivka TGA ukazuje, že u vzorku PVP dochází ke třem stupňům úbytku hmotnosti. První interval úbytku hmotnosti byl mezi RT a 136 °C se změnou hmotnosti 0,99 %, druhý interval úbytku hmotnosti byl mezi 136 °C a 252 °C se změnou hmotnosti 1,06 % a třetí interval úbytku hmotnosti byl mezi 252 °C a 675 °C se změnou hmotnosti 93,38 %. Zbytková hmotnost činila 4,55 %. Křivka DTG je derivací křivky TGA prvního řádu, která odráží rychlost úbytku hmotnosti vzorku. Na křivce DTG byly zjištěny píky při 73,7 °C, 211,1 °C a 428,5 °C. Gramova Schmidtova křivka, která zobrazuje celkové intenzity IR, je v dobrém souladu s křivkou DTG.
Obrázek 3 ukazuje kompletní FT-IR data pro PVP v 3D grafu závislém na teplotě a vlnovém čísle. Křivka TGA je vynesena červeně vzadu a ukazuje korelaci úbytku hmotnosti s nárůstem intenzity IR.
Pro podrobné vyhodnocení IR dat byla jednotlivá spektra pořízena při různých teplotách a porovnána s knihovnou plynné fáze. Infračervená spektra získaná při teplotách 72 °C, 171 °C, 231 °C, 282 °C a 431 °C jsou vidět na obrázku 4.
Voda se uvolnila během prvních dvou kroků ztráty hmoty v teplotním rozsahu do 270 °C; viz referenční spektrum na obrázku 5. Ve spektrech extrahovaných při 171 °C, 213 °C a 282 °C bylo zjištěno uvolňováníCO2. Spektra při 171 °C a 282 °C rovněž vykazovala určitou podobnost s 2-pyrrolidinonem. Referenční spektrum NVP v plynné fázi není k dispozici.
Na obrázku 6 je zobrazeno FT-IR spektrum během hlavního kroku rozkladu. Infračervená optická absorpční spektra NVP a PVP se liší v důsledku rozdílů v molekulární struktuře a polymeračních efektů. Tabulka 2 ukazuje srovnání charakteristických píků v infračervených absorpčních spektrech PVP a NVP. Absorpční pík C=O NVP je ve vyšší poloze (1748 cm-1), zatímco u PVP je obvykle v rozmezí 1650-1680 cm-1; v molekule NVP je vinylová skupina (C=C), zatímco v PVP taková dvojná vazba není.
Z výše uvedené analýzy a odpovídajícího spektra zjištěného při 428 °C je pravděpodobné, že byl detekován monomer NVP. Z toho lze vyvodit závěr, že vzorek PVP se rozkládal při teplotě nad 350 °C. Kromě toho se pravděpodobně současně uvolnila směs dalších produktů pyrolýzy. Toto zjištění je v souladu s procesem pyrolýzy popsaným v literatuře [1].
Tabulka 2: Srovnání charakteristických infračervených píků NVP (monomer) a PVP (polymer)
Závěr
S rostoucí poptávkou po personalizované medicíně a komplexních formulacích se PVP jako farmaceutická pomocná látka využívá ve stále inovativnějších aplikacích, například v 3D tištěných nosičích léčiv a systémech cíleného podávání léčiv. Tento vývoj rozšiřuje jeho úlohu a posiluje jeho význam ve farmaceutickém průmyslu. Pomocí termoanalytických spojovacích technik lze analyzovat složení plynů uvolňovaných při tepelném rozkladu PVP, což poskytuje cenné poznatky pro další výzkum produktů. Kromě toho je pochopení pyrolýzních produktů PVP zásadní pro zajištění bezpečnosti léčiv při vyšších teplotách, protože to pomáhá Identify potenciálních toxických vedlejších produktů, které by mohly ovlivnit stabilitu léčiv a zdraví pacientů.