Wprowadzenie
Poliwinylopirolidon (PVP) to rozpuszczalny w wodzie materiał polimerowy o unikalnych właściwościach fizykochemicznych. Od czasu jego odkrycia w połowie XX wieku, szybko stał się jedną z trzech głównych nowych substancji pomocniczych w dziedzinie farmaceutyków ze względu na doskonałą rozpuszczalność, tworzenie filmu, biokompatybilność i stabilność. Może być stosowany jako współrozpuszczalnik w tabletkach, granulkach i zastrzykach, a także jako środek współprzepływowy w kapsułkach. Dodatkowo służy jako środek dyspergujący do płynnych preparatów i barwników, stabilizator enzymów i leków wrażliwych na ciepło oraz współstrącanie słabo rozpuszczalnych leków. Jest również stosowany jako środek odkażający w lekach okulistycznych i jako smar. Poprzez reakcję polimeryzacji rodnikowej, N-winylopirolidon (NVP) może być polimeryzowany do poliwinylopirolidonu (PVP). Czystość i jakość NVP bezpośrednio wpływa na wydajność PVP (wzory strukturalne PVP i NVP patrz rysunek 1).
Parametry pomiaru
Próbką testową był biały proszek PVP. Badanie przeprowadzono przy użyciu urządzenia NETZSCH STA Jupiter® połączonego z urządzeniem Bruker INVENIO. W tej metodzie produkty uwalniane podczas analizy termograwimetrycznej są przenoszone przez podgrzewaną linię transferową za pomocą gazu oczyszczającego. Pozwala to na bezpośrednią analizę i identyfikację rozwijających się substancji pod względem ich struktury za pomocą detektora spektrometru podczerwieni (FT-IR). Dzięki sprzężeniu termowagi i FT-IR, zmiana masy próbki wraz ze wzrostem temperatury, jak również grupy funkcyjne uwalnianych gazów są mierzone jednocześnie. Parametry pomiarowe są wyszczególnione w tabeli 1.
Tabela 1: Warunki pomiaru TGA-FT-IR
| Przyrząd | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Nośnik próbki | TGA typ S |
| Program temperatury | RT - 675°C |
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min |
| Tygiel | Al2O3, 300 μl, otwarty |
| Masa próbki | 39.77 mg |
| Atmosfera gazowa | Azot |
| Natężenie przepływu gazu | 70 ml/min |
Parametry pomiaru FT-IR | |
| Zakres spektralny | 4000 - 650 cm-1 |
| Rozdzielczość | 4 cm-1 |
| Tryb skanowania | Uśrednianie 16 skanów na widmo |
| Detektor | TE-DLaTGS |
Rysunek 2 przedstawia pomiary TGA-FT-IR. Krzywa TGA pokazuje, że istnieją trzy etapy utraty masy dla próbki PVP. Pierwszy przedział utraty masy wynosił od RT do 136°C ze zmianą masy wynoszącą 0,99%; drugi przedział utraty masy wynosił od 136°C do 252°C ze zmianą masy wynoszącą 1,06%; a trzeci przedział utraty masy wynosił od 252°C do 675°C ze zmianą masy wynoszącą 93,38%. Masa resztkowa wyniosła 4,55%. Krzywa DTG jest pochodną pierwszego rzędu krzywej TGA, która odzwierciedla szybkość utraty masy próbki. Piki na krzywej DTG znaleziono w temperaturach 73,7°C, 211,1°C i 428,5°C. Krzywa Grama Schmidta, która pokazuje całkowite natężenie promieniowania podczerwonego, jest zgodna z krzywą DTG.
Rysunek 3 przedstawia kompletne dane FT-IR dla PVP na wykresie 3D zależnym od temperatury i liczby falowej. Krzywa TGA jest wykreślona na czerwono z tyłu i pokazuje korelację utraty masy ze wzrostem intensywności IR.
W celu szczegółowej oceny danych IR, poszczególne widma zostały pobrane w różnych temperaturach i porównane z biblioteką fazy gazowej. Widma w podczerwieni uzyskane w temperaturach 72°C, 171°C, 231°C, 282°C i 431°C można zobaczyć na rysunku 4.
Woda została uwolniona podczas pierwszych dwóch etapów utraty masy w zakresie temperatur do 270°C; patrz widmo referencyjne na rysunku 5. W widmach ekstrahowanych w 171°C, 213°C i 282°C wykryto uwalnianieCO2. Widma w 171°C i 282°C również wykazały pewne podobieństwo do 2-pirolidynonu. Referencyjne widmo NVP w fazie gazowej nie jest dostępne.
Rysunek 6 przedstawia widmo FT-IR podczas głównego etapu rozkładu. Widma absorpcji optycznej w podczerwieni NVP i PVP różnią się ze względu na różnice w strukturze molekularnej i efektach polimeryzacji. Tabela 2 przedstawia porównanie charakterystycznych pików w widmach absorpcji w podczerwieni PVP i NVP. Pik absorpcji C=O NVP znajduje się w wyższej pozycji (1748 cm-1), podczas gdy pik PVP zwykle znajduje się w zakresie 1650-1680 cm-1; w cząsteczce NVP znajduje się grupa winylowa (C=C), podczas gdy w PVP nie ma takiego podwójnego wiązania.
Z powyższej analizy i odpowiadającego jej widma wykrytego w 428°C wynika, że prawdopodobnie wykryto monomer NVP. W rezultacie można stwierdzić, że próbka PVP uległa rozkładowi w temperaturze powyżej 350°C. Ponadto, mieszanina innych produktów pirolizy została prawdopodobnie uwolniona jednocześnie. Odkrycie to jest zgodne z procesem pirolizy opisanym w literaturze [1].
Tabela 2: Porównanie charakterystycznych pików widmowych w podczerwieni NVP (monomer) i PVP (polimer)
| Zakres liczby falowej | NVP (monomer) | PVP (polimer) |
| 3400-3500 cm-1 | Drgania rozciągające O-H | |
| 2900-3000 cm-1 | Drgania rozciągające C-H | |
| 1748-1650 cm-1 | Rozciągające drgania karbonylowe (C=O) | |
| przy 1630 cm-1 | Drgania rozciągające wiązania podwójnego C=C | Brak oczywistych drgań rozciągających (C=C) |
| przy 1420 cm-1 | Drgania zginające metylenu | |
| przy 1330 cm-1 | C-N- drgania rozciągające | |
Wnioski
Ponieważ zapotrzebowanie na spersonalizowaną medycynę i złożone preparaty stale rośnie, PVP jest wykorzystywany w coraz bardziej innowacyjnych zastosowaniach jako zaróbka farmaceutyczna, takich jak nośniki leków drukowane w 3D i ukierunkowane systemy dostarczania leków. Rozwój ten rozszerza jego rolę i wzmacnia jego znaczenie w przemyśle farmaceutycznym. Dzięki zastosowaniu termoanalitycznych technik sprzęgania, skład gazów uwalnianych podczas rozkładu termicznego PVP może być analizowany, dostarczając cennych informacji do dalszych badań nad produktem. Ponadto zrozumienie produktów pirolizy PVP ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa leków w wyższych temperaturach, ponieważ pomaga Identify potencjalne toksyczne produkty uboczne, które mogą wpływać na stabilność leku i zdrowie pacjentów.