Bevezetés
A polivinilpirrolidon (PVP) egy vízben oldódó polimer anyag, amely egyedülálló fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. A 20. század közepén történt felfedezése óta kiváló oldhatósága, filmképző képessége, biokompatibilitása és stabilitása révén gyorsan a három legfontosabb új segédanyag egyikévé vált a gyógyszeriparban. Használható társoldószerként tablettákban, granulátumokban és injekciókban, valamint kapszulákban társfolyósítószerként is. Ezenkívül diszpergálószerként szolgál folyékony készítményekhez és színezőanyagokhoz, stabilizátorként enzimekhez és hőérzékeny gyógyszerekhez, valamint koprecipitorként rosszul oldódó gyógyszerekhez. A szemészeti gyógyszereknél fertőtlenítőszerként és kenőanyagként is használják. Az N-vinilpirrolidon (NVP) gyökös polimerizációs reakcióval polimerizálható polivinilpirrolidonná (PVP). Ezáltal az NVP tisztasága és minősége közvetlenül befolyásolja a PVP teljesítményét (a PVP és az NVP szerkezeti képletei lásd az 1. ábrát).
Mérési paraméterek
A vizsgálati minta fehér PVP por volt. A vizsgálatot egy Bruker INVENIO készülékkel összekapcsolt NETZSCH STA Jupiter® készülékkel végeztük. Ennél a módszernél a termogravimetriás elemzés során felszabaduló termékeket egy fűtött átvezető vezetéken keresztül egy öblítőgáz szállítja. Ez lehetővé teszi a fejlődő anyagok közvetlen elemzését és szerkezetük szerinti azonosítását az infravörös spektrométer (FT-IR) detektorának segítségével. A hőmérleg és az FT-IR összekapcsolásával egyidejűleg mérhető a minta tömegének változása a hőmérséklet növekedésével, valamint a felszabaduló gázok funkciós csoportjai. A mérési paramétereket az 1. táblázat részletezi.
1. táblázat: TGA-FT-IR mérési feltételek
| Műszer | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Mintahordozó | TGA típus S |
| Hőmérséklet program | RT - 675°C |
| Fűtési sebesség | 10 K/min |
| Tégely | Al2O3, 300 μl, nyitott |
| A minta tömege | 39.77 mg |
| Gáz atmoszféra | Nitrogén |
| Gázáramlás | 70 ml/perc |
FT-IR mérési paraméterek | |
| Spektrális tartomány | 4000 - 650 cm-1 |
| Felbontás | 4 cm-1 |
| Pásztázási mód | Átlagolás 16 szkennelés spektrumonként |
| Detektor | TE-DLaTGS |
A 2. ábra a TGA-FT-IR méréseket mutatja. A TGA-görbe azt mutatja, hogy a PVP-mintánál három tömegvesztési lépcső van. Az első tömegvesztési intervallum RT és 136°C között volt 0,99%-os tömegváltozással; a második tömegvesztési intervallum 136°C és 252°C között volt 1,06%-os tömegváltozással; és a harmadik tömegvesztési intervallum 252°C és 675°C között volt 93,38%-os tömegváltozással. A maradék tömeg 4,55% volt. A DTG-görbe a TGA-görbe elsőrendű deriváltja, amely a minta tömegvesztési sebességét tükrözi. A DTG-görbén csúcsokat találtunk 73,7°C, 211,1°C és 428,5°C hőmérsékleten. A Gram Schmidt-görbe, amely a teljes IR-intenzitásokat mutatja, jól illeszkedik a DTG-görbéhez.
A 3. ábra a PVP teljes FT-IR-adatait mutatja a hőmérséklet- és hullámszámfüggő 3D-s diagramon. A TGA-görbe hátul piros színnel van ábrázolva, és mutatja a tömegveszteség korrelációját az IR-intenzitás növekedésével.
Az IR-adatok részletes kiértékeléséhez különböző hőmérsékleteken egyedi spektrumokat készítettünk, és összehasonlítottuk a gázfázisú könyvtárral. A 72°C, 171°C, 231°C, 282°C és 431°C hőmérsékleten vett infravörös spektrumok a 4. ábrán láthatók.
Az első két tömegvesztési lépés során a 270 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban víz szabadult fel; lásd az 5. ábrán látható referencia spektrumot. A 171°C-on, 213°C-on és 282°C-on kivont spektrumokbanCO2 felszabadulását észleltük. A 171°C-on és 282°C-on mért spektrumok szintén mutattak némi hasonlóságot a 2-pirrolidinonnal. Az NVP gázfázisú referencia spektruma nem áll rendelkezésre.
A 6. ábra az FT-IR spektrumot mutatja a fő bomlási lépés során. Az NVP és a PVP infravörös optikai abszorpciós spektrumai a molekulaszerkezet és a polimerizációs hatások különbségei miatt különböznek. A 2. táblázat a PVP és az NVP infravörös abszorpciós spektrumának jellegzetes csúcsainak összehasonlítását mutatja. Az NVP C=O abszorpciós csúcsa magasabb pozícióban van (1748 cm-1), míg a PVP-é általában az 1650-1680 cm-1 tartományban van; és az NVP molekulájában van egy vinilcsoport (C=C), míg a PVP-ben nincs ilyen kettős kötés.
A fenti elemzés és a 428 °C-on észlelt megfelelő spektrum alapján valószínűsíthető, hogy a monomer NVP-t mutatták ki. Ennek eredményeként arra lehet következtetni, hogy a PVP minta 350°C felett bomlott. Ezen kívül valószínűleg egyidejűleg más pirolízistermékek keveréke is felszabadult. Ez a megállapítás összhangban van az irodalomban [1] leírt pirolízisfolyamatokkal.
Táblázat: Az NVP (monomer) és a PVP (polimer) jellemző infravörös spektrumcsúcsainak összehasonlítása
| Hullámszám-tartomány | NVP (monomer) | PVP (polimer) |
| 3400-3500 cm-1 | ||
| 2900-3000 cm-1 | ||
| 1748-1650 cm-1 | ||
| 1630 cm-1 | C=C kettős kötés nyújtási rezgése | Nincs nyilvánvaló (C=C) nyúlványrezgés |
| 1420 cm-1-nél | ||
| 1330 cm-1-nél | ||
Következtetés
Mivel a személyre szabott gyógyászat és az összetett készítmények iránti kereslet egyre nő, a PVP-t egyre innovatívabb alkalmazásokban használják fel gyógyszeripari segédanyagként, például 3D-nyomtatott gyógyszerhordozókban és célzott hatóanyag-leadó rendszerekben. Ez a fejlődés kibővíti szerepét és megerősíti jelentőségét a gyógyszeriparban. A termoanalitikai kapcsolási technikák alkalmazásával elemezhető a PVP termikus bomlása során felszabaduló gázok összetétele, ami értékes betekintést nyújt a további termékkutatáshoz. Emellett a PVP pirolízistermékeinek megértése kulcsfontosságú a gyógyszerbiztonság magasabb hőmérsékleten történő garantálásához, mivel ez segít a Identify potenciális toxikus melléktermékek megismerésében, amelyek hatással lehetnek a gyógyszer stabilitására és a betegek egészségére.