はじめに
ポリビニルピロリドン（PVP）は、ユニークな物理化学的性質を持つ水溶性高分子材料である。20世紀半ばに発見されて以来、その優れた溶解性、製膜性、生体適合性、安定性により、医薬品分野における三大新規賦形剤の一つとして急速に普及してきた。錠剤、顆粒剤、注射剤では共溶媒として、またカプセル剤では共融剤として使用される。さらに、液体製剤や着色剤の分散剤、酵素や感熱性薬物の安定剤、難溶性薬物の共沈剤としても機能する。また、眼科薬の除染剤や滑沢剤としても使用される。ラジカル重合反応により、N-ビニルピロリドン（NVP）をポリビニルピロリドン（PVP）に重合することができる。このため、NVPの純度と品質はPVPの性能に直接影響する（PVPとNVPの構造式は図1を参照）。
測定パラメータ
試料は白色PVP粉末であった。試験は、Bruker INVENIOと結合したNETZSCH STAJupiter を用いて実施した。この方法では、熱重量分析中に放出された生成物は、パージガスによって加熱された移送ラインを通って運ばれる。これにより、赤外分光計(FT-IR)の検出器を用いた、構造から見た分解物質の直接分析と同定が可能になる。熱天秤とFT-IRの組み合わせにより、温度上昇に伴う試料質量の変化と、放出ガスの官能基が同時に測定される。測定パラメーターの詳細を表1に示す。
表1：TGA-FT-IR測定条件
| 装置 | STAJupiter ブルカーインベニオ |
| 試料キャリア | TGAタイプS |
| 温度プログラム | 室温 - 675°C |
| 加熱速度 | 10K/分 |
| 容器 | Al2O3、300μl、オープン |
| 試料質量 | 39.77 mg |
| ガス雰囲気 | 窒素 |
| ガス流量 | 70ml/分 |
FT-IR測定パラメータ | |
| スペクトル範囲 | 4000 - 650 cm-1 |
| 分解能 | 4 cm-1 |
| スキャニングモード | 平均16スキャン/スペクトル |
| 検出器 | TE-DLaTGS |
図2にTGA-FT-IR測定結果を示します。TGA曲線から、PVP試料には3つの質量損失ステップがあることがわかります。第一の質量減少区間は室温から136℃の間で、質量変化は0.99%であった。第二の質量減少区間は136℃から252℃の間で、質量変化は1.06%であった。第三の質量減少区間は252℃から675℃の間で、質量変化は93.38%であった。残留質量は4.55%であった。DTG曲線はTGA曲線の一階微分であり、試料の質量減少率を反映している。DTG曲線のピークは73.7℃、211.1℃、428.5℃に見られた。全赤外強度を示すグラム・シュミット曲線は、DTG曲線とよく一致している。
図3は、PVPの完全なFT-IRデータを温度と波数に依存した3Dプロットで示したものです。TGA曲線は奥に赤くプロットされ、質量損失とIR強度の増加との相関を示している。
IRデータの詳細な評価のため、異なる温度で個々のスペクトルを取得し、気相ライブラリーと比較した。72℃、171℃、231℃、282℃、431℃で抽出した赤外スペクトルを図4に示す。
270℃までの温度範囲では、最初の2つの質量放出ステップで水が放出された。171℃、213℃、282℃で抽出されたスペクトルでは、CO2の放出が検出された。171℃と282℃のスペクトルは、2-ピロリジノンとの類似性も示した。NVPの参照気相スペクトルは入手できない。
図6は、主分解段階におけるFT-IRスペクトルを示している。NVPとPVPの赤外光吸収スペクトルは、分子構造の違いと重合効果により異なる。表2に、PVPとNVPの赤外吸収スペクトルの特徴的なピークの比較を示します。NVPのC=O吸収ピークは高い位置（1748cm-1）にあるが、PVPのそれは通常1650-1680cm-1の範囲にある。また、NVPの分子中にはビニル基（C=C）があるが、PVPにはそのような二重結合はない。
上記の分析と428℃で検出された対応するスペクトルから、モノマーNVPが検出されたと考えられる。その結果、PVP試料は350℃以上で分解したと結論づけることができる。さらに、他の熱分解生成物の混合物も同時に放出されたと考えられる。この発見は、文献[1]に記載されている熱分解プロセスと一致する。
表2：NVP（モノマー）とPVP（ポリマー）の特性赤外スペクトルピークの比較
| 波数範囲 | NVP（モノマー） | PVP（ポリマー） |
| 3400-3500 cm-1 | O-H伸縮振動 | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H伸縮振動 | |
| 1748-1650 cm-1 | カルボニル(C=O)伸縮振動 | |
| 1630 cm-1 | C=C 二重結合伸縮振動 | 明らかな(C=C)伸縮振動なし |
| 1420 cm-1 | メチレン屈曲振動 | |
| 1330 cm-1 | C-N-伸縮振動 | |
結論
個別化医療や複雑な製剤の需要が高まり続ける中、PVPは、3Dプリンターによる薬剤キャリアや標的薬物送達システムなど、医薬品賦形剤としてますます革新的な用途で利用されるようになっている。このような医薬品開発は、PVPの役割を拡大し、医薬品産業におけるその重要性を強化している。熱分析カップリング技術を採用することで、PVPの熱分解中に放出されるガスの組成を分析することができ、さらなる製品研究のための貴重な洞察を得ることができます。Identify さらに、PVPの熱分解生成物を理解することは、高温における医薬品の安全性を確保するために極めて重要です。これは、医薬品の安定性や患者の健康に影響を及ぼす可能性のある潜在的な有毒副生成物の分析に役立つからです。