Inleiding
Polyvinylpyrrolidon (PVP) is een in water oplosbaar polymeermateriaal met unieke fysisch-chemische eigenschappen. Sinds de ontdekking in het midden van de 20e eeuw is het snel uitgegroeid tot een van de drie belangrijkste nieuwe hulpstoffen op het gebied van farmaceutica vanwege de uitstekende oplosbaarheid, filmvorming, biocompatibiliteit en stabiliteit. Het kan worden gebruikt als co-oplosmiddel in tabletten, granules en injecties, en ook als co-vloeistof in capsules. Daarnaast dient het als dispergeermiddel voor vloeibare formuleringen en kleurstoffen, als stabilisator voor enzymen en hittegevoelige geneesmiddelen, en als coprecipitant voor slecht oplosbare geneesmiddelen. Het wordt ook gebruikt als ontsmettingsmiddel in oogheelkundige geneesmiddelen en als smeermiddel. Door een radicale polymerisatiereactie kan N-vinylpyrrolidon (NVP) worden gepolymeriseerd tot polyvinylpyrrolidon (PVP). Hierbij hebben de zuiverheid en kwaliteit van NVP een directe invloed op de prestaties van PVP (structuurformules van PVP en NVP zie figuur 1).
Meetparameters
Het testmonster was een wit PVP-poeder. De test werd uitgevoerd met een NETZSCH STA Jupiter® gekoppeld aan een Bruker INVENIO. Bij deze methode worden producten die vrijkomen bij thermogravmetrische analyse door een verwarmde transferleiding gevoerd door een spoelgas. Dit maakt directe analyse en identificatie van de evoluerende stoffen mogelijk met betrekking tot hun structuur met behulp van de detector van de infraroodspectrometer (FT-IR). Door de koppeling van een thermobalans en een FT-IR worden de verandering in monstermassa met toenemende temperatuur en de functionele groepen van de vrijgekomen gassen tegelijkertijd gemeten. De meetparameters staan in tabel 1.
Tabel 1: TGA-FT-IR meetomstandigheden
| Instrument | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Monster drager | TGA type S |
| Temperatuur programma | RT - 675°C |
| Verwarmingssnelheid | 10 K/min |
| Kroes | Al2O3, 300 μl, open |
| Gewicht monster | 39.77 mg |
| Gasatmosfeer | Stikstof |
| Gasstroom | 70 ml/min |
FT-IR Meetparameters | |
| Spectraal bereik | 4000 - 650 cm-1 |
| Resolutie | 4 cm-1 |
| Scanningmodus | Gemiddeld 16 scans per spectrum |
| Detector | TE-DLaTGS |
Figuur 2 toont de TGA-FT-IR metingen. De TGA-curve laat zien dat er drie massaverliezen zijn voor het PVP-monster. Het eerste massaverliesinterval was tussen RT en 136°C met een massaverandering van 0,99%; het tweede massaverliesinterval was tussen 136°C en 252°C met een massaverandering van 1,06%; en het derde massaverliesinterval was tussen 252°C en 675°C met een massaverandering van 93,38%. De restmassa bedroeg 4,55%. De DTG-curve is de eerste-orde afgeleide van de TGA-curve, die de massaverliessnelheid van het monster weergeeft. Pieken in de DTG-curve werden gevonden bij 73,7°C, 211,1°C en 428,5°C. De Gram Schmidt-curve, die de totale IR-intensiteiten weergeeft, komt goed overeen met de DTG-curve.
Figuur 3 toont de volledige FT-IR-gegevens voor PVP in een temperatuur- en golfgetalafhankelijke 3D-plot. De TGA-curve is achteraan in rood uitgezet en toont de correlatie tussen massaverlies en de toename in IR-intensiteit.
Voor een gedetailleerde evaluatie van de IR-gegevens werden individuele spectra genomen bij verschillende temperaturen en vergeleken met de gasfasebibliotheek. De infraroodspectra geëxtraheerd bij 72°C, 171°C, 231°C, 282°C en 431°C zijn te zien in figuur 4.
Water kwam vrij tijdens de eerste twee massaverliezen in het temperatuurbereik tot 270°C; zie het referentiespectrum in figuur 5. In de spectra geëxtraheerd bij 171°C, 213°C en 282°C werd het vrijkomen vanCO2 gedetecteerd. De spectra bij 171°C en 282°C vertoonden ook enige gelijkenis met 2-pyrrolidinon. Een referentiespectrum van NVP in de gasfase is niet beschikbaar.
Figuur 6 toont het FT-IR spectrum tijdens de belangrijkste ontledingsstap. De optische infraroodabsorptiespectra van NVP en PVP verschillen door de verschillen in moleculaire structuur en polymerisatie-effecten. Tabel 2 toont de vergelijking van de karakteristieke pieken in de infraroodabsorptiespectra van PVP en NVP. De C=O-absorptiepiek van NVP ligt op een hogere positie (1748 cm-1), terwijl die van PVP zich gewoonlijk in het bereik van 1650-1680 cm-1 bevindt; en er is een vinylgroep (C=C) in het molecuul van NVP, terwijl er geen dergelijke dubbele binding in PVP is.
Uit de bovenstaande analyse en het overeenkomstige spectrum dat bij 428 °C werd gedetecteerd, is het waarschijnlijk dat het monomeer NVP werd gedetecteerd. Als gevolg hiervan kan worden geconcludeerd dat het PVP-monster boven 350 °C is ontleed. Bovendien is een mengsel van andere pyrolyseproducten waarschijnlijk tegelijkertijd vrijgekomen. Deze bevinding komt overeen met het pyrolyseproces dat in de literatuur wordt beschreven [1].
Tabel 2: Vergelijking van NVP (monomeer) en PVP (polymeer) karakteristieke infraroodspectrale pieken
Conclusie
Omdat de vraag naar gepersonaliseerde geneeskunde en complexe formuleringen blijft groeien, wordt PVP in steeds innovatievere toepassingen gebruikt als farmaceutisch hulpstof, zoals in 3D-geprinte medicijndragers en systemen voor gerichte medicijnafgifte. Deze ontwikkeling breidt de rol van PVP uit en versterkt het belang ervan in de farmaceutische industrie. Door gebruik te maken van thermoanalytische koppelingstechnieken kan de samenstelling van de gassen die vrijkomen bij de thermische ontbinding van PVP worden geanalyseerd, wat waardevolle inzichten oplevert voor verder productonderzoek. Bovendien is het begrijpen van de pyrolyseproducten van PVP cruciaal voor het waarborgen van de veiligheid van geneesmiddelen bij hogere temperaturen, omdat dit helpt Identify mogelijke giftige bijproducten te begrijpen die de stabiliteit van geneesmiddelen en de gezondheid van patiënten kunnen beïnvloeden.