Введение
Поливинилпирролидон (ПВП) - это водорастворимый полимерный материал с уникальными физико-химическими свойствами. С момента его открытия в середине XX века он быстро стал одним из трех основных новых вспомогательных веществ в области фармацевтики благодаря своей превосходной растворимости, пленкообразованию, биосовместимости и стабильности. Он может использоваться в качестве сопутствующего растворителя в таблетках, гранулах и инъекциях, а также в качестве сопутствующего флюидизирующего агента в капсулах. Кроме того, он служит диспергирующим агентом для жидких составов и красителей, стабилизатором для ферментов и термочувствительных препаратов, а также соосадителем для плохо растворимых лекарств. Он также используется как обеззараживающее средство в офтальмологических препаратах и как смазка. Посредством реакции радикальной полимеризации N-винилпирролидон (NVP) может быть полимеризован в поливинилпирролидон (PVP). При этом чистота и качество NVP напрямую влияют на характеристики PVP (структурные формулы PVP и NVP см. на рис. 1).
Параметры измерения
Испытуемый образец представлял собой белый порошок PVP. Испытание проводилось на приборе NETZSCH STA Jupiter®, совмещенном с прибором Bruker INVENIO. В этом методе продукты, выделяющиеся при термогравиметрическом анализе, проходят через нагретую линию передачи с помощью продувочного газа. Это позволяет проводить прямой анализ и идентификацию выделяющихся веществ по их структуре с помощью детектора инфракрасного спектрометра (FT-IR). Благодаря соединению термовесов и ИК-Фурье-спектрометра одновременно измеряется изменение массы образца с ростом температуры, а также функциональные группы выделяющихся газов. Параметры измерений приведены в таблице 1.
Таблица 1: Условия измерения ТГА-ФТ-ИК
| Прибор | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Носитель образца | ТГА тип S |
| Температурная программа | RT - 675°C |
| Скорость нагрева | 10 К/мин |
| Тигель | Al2O3, 300 мкл, открытый |
| Масса образца | 39.77 мг |
| Газовая атмосфера | Азот |
| Скорость потока газа | 70 мл/мин |
ИК-Фурье параметры измерения | |
| Спектральный диапазон | 4000 - 650 см-1 |
| Разрешение | 4 см-1 |
| Режим сканирования | Усреднение 16 сканирований на спектр |
| Детектор | TE-DLaTGS |
На рисунке 2 показаны результаты измерений ТГА-ФТ-ИК. Кривая ТГА показывает, что для образца PVP существует три этапа потери массы. Первый интервал потери массы находился между RT и 136°C с изменением массы на 0,99%; второй интервал потери массы находился между 136°C и 252°C с изменением массы на 1,06%; и третий интервал потери массы находился между 252°C и 675°C с изменением массы на 93,38%. Остаточная масса составила 4,55 %. Кривая ДТГ является производной первого порядка от кривой ТГА, которая отражает скорость потери массы образца. Пики на кривой DTG были обнаружены при 73,7°C, 211,1°C и 428,5°C. Кривая Грамма-Шмидта, отображающая суммарную интенсивность ИК-излучения, хорошо согласуется с кривой ДТГ.
На рисунке 3 представлены полные ИК-Фурье данные для PVP в виде трехмерной диаграммы, зависящей от температуры и волнового числа. Кривая ТГА нанесена красным цветом сзади и показывает корреляцию потери массы с увеличением интенсивности ИК-излучения.
Для детальной оценки ИК-данных отдельные спектры были сняты при различных температурах и сравнены с библиотекой газовой фазы. ИК-спектры, полученные при 72°C, 171°C, 231°C, 282°C и 431°C, показаны на рисунке 4.
Вода выделялась во время первых двух шагов потери массы в диапазоне температур до 270°C; см. эталонный спектр на рис. 5. В спектрах, полученных при 171°C, 213°C и 282°C, было обнаружено выделениеCO2. Спектры при 171°C и 282°C также демонстрируют некоторое сходство с 2-пирролидиноном. Эталонный газофазный спектр NVP недоступен.
На рисунке 6 показан ИК-Фурье спектр во время основной стадии разложения. Инфракрасные спектры оптического поглощения NVP и PVP отличаются из-за различий в молекулярной структуре и эффектах полимеризации. В таблице 2 приведено сравнение характерных пиков в инфракрасных спектрах поглощения PVP и NVP. Пик поглощения C=O у NVP находится в более высоком положении (1748 см-1), тогда как у PVP он обычно находится в диапазоне 1650-1680 см-1; в молекуле NVP присутствует виниловая группа (C=C), тогда как в PVP такая двойная связь отсутствует.
Из приведенного выше анализа и соответствующего спектра, обнаруженного при 428°C, следует, что, скорее всего, был обнаружен мономер NVP. В результате можно сделать вывод, что образец PVP разлагался при температуре выше 350°C. Кроме того, вероятно, одновременно выделилась смесь других продуктов пиролиза. Этот вывод согласуется с процессом пиролиза, описанным в литературе [1].
Таблица 2: Сравнение характерных инфракрасных спектральных пиков NVP (мономер) и PVP (полимер)
| Диапазон волновых чисел | NVP (мономер) | PVP (полимер) |
| 3400-3500 см-1 | О-Н растягивающее колебание | |
| 2900-3000 см-1 | С-Н растягивающее колебание | |
| 1748-1650 см-1 | Карбонильное (C=O) растягивающее колебание | |
| при 1630 см-1 | Растягивающееся колебание двойной связи C=C | Нет очевидных (C=C) растягивающих колебаний |
| при 1420 см-1 | Изгибное колебание метилена | |
| при 1330 см-1 | C-N-растягивающая вибрация | |
Заключение
Поскольку спрос на персонализированную медицину и сложные рецептуры продолжает расти, PVP находит все более инновационное применение в качестве фармацевтического эксипиента, например, в 3D-печатных носителях лекарств и системах адресной доставки лекарств. Такое развитие расширяет его роль и усиливает его значение в фармацевтической промышленности. Используя методы термоаналитического соединения, можно проанализировать состав газов, выделяющихся при термическом разложении PVP, и получить ценные сведения для дальнейших исследований продукта. Кроме того, понимание продуктов пиролиза PVP очень важно для обеспечения безопасности лекарств при высоких температурах, так как это помогает Identify потенциальные токсичные побочные продукты, которые могут повлиять на стабильность лекарств и здоровье пациентов.