소개
폴리비닐피롤리돈(PVP)은 독특한 물리화학적 특성을 지닌 수용성 고분자 소재입니다. 20세기 중반에 발견된 이후 뛰어난 용해도, 필름 형성, 생체 적합성, 안정성 덕분에 제약 분야의 3대 새로운 부형제 중 하나로 급부상했습니다. 정제, 과립제, 주사제의 보조 용매로 사용할 수 있으며 캡슐의 공동 융화제로도 사용할 수 있습니다. 또한 액체 제형 및 착색제의 분산제, 효소 및 열에 민감한 약물의 안정제, 난용성 약물의 보조 침전제로도 사용됩니다. 또한 안과 약품의 오염 제거제 및 윤활제로도 사용됩니다. 라디칼 중합 반응을 통해 N-비닐피롤리돈(NVP)을 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 중합할 수 있습니다. 따라서 NVP의 순도와 품질은 PVP의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다(PVP와 NVP의 구조식은 그림 1 참조).
측정 매개변수
테스트 샘플은 흰색 PVP 분말이었습니다. 테스트는 브루커 인베니오와 결합된 NETZSCH STA Jupiter® 를 사용하여 수행되었습니다. 이 방법에서는 열중량 분석 중에 방출된 제품이 퍼지 가스에 의해 가열된 이송 라인을 통해 이송됩니다. 이를 통해 적외선 분광기(FT-IR)의 검출기를 사용하여 구조 측면에서 진화하는 물질을 직접 분석하고 식별할 수 있습니다. 열저울과 FT-IR의 결합을 통해 온도 증가에 따른 시료 질량의 변화와 방출 가스의 작용기를 동시에 측정합니다. 측정 파라미터는 표1에 자세히 나와 있습니다.
표 1: TGA-FT-IR 측정 조건
| 기기 | STA Jupiter® 브루커 인베니오 |
| 샘플 캐리어 | TGA 유형 S |
| 온도 프로그램 | RT - 675°C |
| 가열 속도 | 10 K/min |
| 도가니 | Al2O3, 300μl, 개방형 |
| 시료 질량 | 39.77 mg |
| 가스 분위기 | 질소 |
| 가스 유량 | 70 ml/min |
FT-IR 측정 파라미터 | |
| 스펙트럼 범위 | 4000 - 650 cm-1 |
| 해상도 | 4 cm-1 |
| 스캐닝 모드 | 스펙트럼당 평균 16회 스캔 |
| 검출기 | TE-DLaTGS |
그림 2는 TGA-FT-IR 측정값을 보여줍니다. TGA 곡선은 PVP 샘플에 대해 세 가지 질량 손실 단계가 있음을 보여줍니다. 첫 번째 질량 손실 구간은 0.99%의 질량 변화로 RT와 136°C 사이, 두 번째 질량 손실 구간은 136°C와 252°C 사이, 질량 변화는 1.06%, 세 번째 질량 손실 구간은 252°C와 675°C 사이로 93.38%의 질량 변화를 보였습니다. 잔여 질량은 4.55%에 달했습니다. DTG 곡선은 샘플의 질량 손실률을 반영하는 TGA 곡선의 1차 도함수입니다. DTG 곡선의 피크는 73.7°C, 211.1°C 및 428.5°C에서 발견되었습니다. 총 적외선 강도를 표시하는 그램 슈미트 곡선은 DTG 곡선과 잘 일치합니다.
그림 3은 온도 및 파수 의존적인 3D 플롯에서 PVP에 대한 전체 FT-IR 데이터를 보여줍니다. TGA 곡선은 뒤쪽에 빨간색으로 표시되어 있으며 질량 손실과 IR 강도 증가의 상관관계를 보여줍니다.
적외선 데이터의 상세한 평가를 위해 다양한 온도에서 개별 스펙트럼을 촬영하여 기체상 라이브러리와 비교했습니다. 72°C, 171°C, 231°C, 282°C, 431°C에서 추출한 적외선 스펙트럼은 그림 4에서 확인할 수 있습니다.
최대 270°C의 온도 범위에서 처음 두 번의 질량 손실 단계에서 물이 방출되었습니다(그림 5의 참조 스펙트럼 참조). 171°C, 213°C 및 282°C에서 추출한 스펙트럼에서CO2의 방출이 감지되었습니다. 171°C와 282°C에서의 스펙트럼은 2-피롤리디논과도 어느 정도 유사성을 보였습니다. NVP의 기준 기체상 스펙트럼은 제공되지 않습니다.
그림 6은 주요 분해 단계의 FT-IR 스펙트럼을 보여줍니다. 분자 구조와 중합 효과의 차이로 인해 NVP와 PVP의 적외선 광학 흡수 스펙트럼이 다릅니다. 표 2는 PVP와 NVP의 적외선 흡수 스펙트럼에서 특징적인 피크를 비교한 것입니다. NVP의 C=O 흡수 피크는 더 높은 위치(1748 cm-1)에 있는 반면 PVP의 흡수 피크는 일반적으로 1650-1680 cm-1 범위에 있으며, NVP 분자에는 비닐기(C=C)가 있는 반면 PVP에는 이러한 이중 결합이 존재하지 않습니다.
위의 분석과 428°C에서 검출된 해당 스펙트럼을 보면 모노머 NVP가 검출되었을 가능성이 높습니다. 결과적으로 PVP 샘플이 350°C 이상에서 분해되었다는 결론을 내릴 수 있습니다. 또한 다른 열분해 생성물의 혼합물도 동시에 방출되었을 가능성이 높습니다. 이 결과는 문헌에 설명된 열분해 과정과 일치합니다[1].
표 2: NVP(모노머)와 PVP(폴리머)의 적외선 스펙트럼 피크 특성 비교
| 파수 범위 | NVP(모노머) | PVP(폴리머) |
| 3400-3500 cm-1 | O-H 스트레칭 진동 | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H 스트레칭 진동 | |
| 1748-1650 cm-1 | 카르보닐(C=O) 연신 진동 | |
| 1630 cm-1에서 | C=C 이중 결합 스트레칭 진동 | 뚜렷한 (C=C) 스트레칭 진동 없음 |
| 1420 cm-1에서 | 메틸렌 굽힘 진동 | |
| 1330 cm-1에서 | C-N- 스트레칭 진동 | |
결론
개인 맞춤형 의약품과 복잡한 제형에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 3D 프린팅 약물 운반체 및 표적 약물 전달 시스템과 같은 제약 부형제로서 PVP가 점점 더 혁신적인 용도로 활용되고 있습니다. 이러한 발전은 제약 산업에서 그 역할을 확대하고 그 중요성을 강화합니다. 열분석적 결합 기술을 사용하면 PVP의 열분해 과정에서 방출되는 가스의 구성을 분석하여 추가적인 제품 연구에 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 PVP의 열분해 생성물을 이해하는 것은 약물 안정성과 환자 건강에 영향을 미칠 수 있는 Identify 잠재적인 독성 부산물을 파악하는 데 도움이 되므로 고온에서 약물의 안전성을 보장하는 데 매우 중요합니다.