Inledning
Polyvinylpyrrolidon (PVP) är ett vattenlösligt polymermaterial med unika fysikalisk-kemiska egenskaper. Sedan det upptäcktes i mitten av 1900-talet har det snabbt blivit ett av de tre viktigaste nya hjälpämnena inom läkemedelsområdet tack vare sin utmärkta löslighet, filmbildning, biokompatibilitet och stabilitet. Det kan användas som hjälpämne i tabletter, granulat och injektioner och även som hjälpämne i kapslar. Dessutom fungerar det som dispergeringsmedel för flytande beredningar och färgämnen, som stabilisator för enzymer och värmekänsliga läkemedel samt som samfällningsmedel för svårlösliga läkemedel. Det används också som dekontamineringsmedel i oftalmiska läkemedel och som smörjmedel. Genom en radikal polymerisationsreaktion kan N-vinylpyrrolidon (NVP) polymeriseras till polyvinylpyrrolidon (PVP). Härigenom påverkar renheten och kvaliteten hos NVP direkt prestandan hos PVP (strukturformler för PVP och NVP, se figur 1).
Mätning av parametrar
Testprovet var ett vitt PVP-pulver. Testet utfördes med hjälp av en NETZSCH STA Jupiter® kopplad till en Bruker INVENIO. I denna metod transporteras produkter som frigörs under den termogravmetriska analysen genom en uppvärmd överföringsledning med en spolgas. Detta möjliggör direkt analys och identifiering av de ämnen som utvecklas med avseende på deras struktur med hjälp av detektorn i den infraröda spektrometern (FT-IR). Genom att koppla ihop en termobalans och en FT-IR mäts samtidigt förändringen av provmassan med ökande temperatur samt de funktionella grupperna i de frigjorda gaserna. Mätparametrarna beskrivs i detalj i tabell 1.
Tabell 1: Mätförhållanden för TGA-FT-IR
| Instrument | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Provbärare | TGA typ S |
| Temperaturprogram | RT - 675°C |
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min |
| Smältdegel | Al2O3, 300 μl, öppen |
| Provets massa | 39.77 mg |
| Gasatmosfär | Kväve |
| Gasens flödeshastighet | 70 ml/min |
Parametrar för FT-IR-mätning | |
| Spektralt intervall | 4000 - 650 cm-1 |
| Upplösning | 4 cm-1 |
| Skanningsläge | Medelvärde 16 skanningar per spektrum |
| Detektor | TE-DLaTGS |
Figur 2 visar TGA-FT-IR-mätningarna. TGA-kurvan visar att det finns tre massförluststeg för PVP-provet. Det första massförlustintervallet var mellan RT och 136°C med en massförändring på 0,99%; det andra massförlustintervallet var mellan 136°C och 252°C med en massförändring på 1,06%; och det tredje massförlustintervallet var mellan 252°C och 675°C med en massförändring på 93,38%. Den kvarvarande massan uppgick till 4,55%. DTG-kurvan är första ordningens derivat av TGA-kurvan, vilket återspeglar provets massförlusthastighet. Toppar i DTG-kurvan hittades vid 73,7°C, 211,1°C och 428,5°C. Gram Schmidt-kurvan, som visar de totala IR-intensiteterna, stämmer väl överens med DTG-kurvan.
Figur 3 visar fullständiga FT-IR-data för PVP i en temperatur- och vågtalsberoende 3D-plott. TGA-kurvan är ritad i rött längst bak och visar korrelationen mellan massförlust och ökningen av IR-intensiteten.
För detaljerad utvärdering av IR-data togs individuella spektra vid olika temperaturer och jämfördes med gasfasbiblioteket. De infraröda spektra som extraherades vid 72°C, 171°C, 231°C, 282°C och 431°C kan ses i figur 4.
Vatten frigjordes under de två första massförluststegen i temperaturområdet upp till 270°C; se referensspektrumet i figur 5. I de spektra som extraherades vid 171°C, 213°C och 282°C upptäcktes frisättning avCO2. Spektren vid 171°C och 282°C uppvisade också vissa likheter med 2-pyrrolidinon. Ett referensspektra för NVP i gasfas finns inte tillgängligt.
Figur 6 visar FT-IR-spektrumet under det huvudsakliga nedbrytningssteget. De infraröda optiska absorptionsspektra för NVP och PVP skiljer sig åt på grund av skillnaderna i molekylstruktur och polymerisationseffekter. Tabell 2 visar en jämförelse av de karakteristiska topparna i de infraröda absorptionsspektren för PVP och NVP. C=O-absorptionstoppen för NVP ligger högre (1748 cm-1), medan den för PVP vanligtvis ligger i intervallet 1650-1680 cm-1; och det finns en vinylgrupp (C=C) i NVP-molekylen, medan det inte finns någon sådan dubbelbindning i PVP.
Av ovanstående analys och motsvarande spektrum som detekterades vid 428°C är det troligt att monomeren NVP detekterades. Som ett resultat kan man dra slutsatsen att PVP-provet sönderdelades över 350°C. Dessutom frigörs troligen samtidigt en blandning av andra pyrolysprodukter. Detta resultat är förenligt med den pyrolysprocess som beskrivs i litteraturen [1].
Tabell 2: Jämförelse av NVP:s (monomer) och PVP:s (polymer) karakteristiska infraröda spektraltoppar
| Vågnummer Intervall | NVP (monomer) | PVP (polymer) |
| 3400-3500 cm-1 | O-H-sträckningsvibration | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H-sträckningsvibration | |
| 1748-1650 cm-1 | Karbonyl (C=O) sträckningsvibration | |
| vid 1630 cm-1 | C=C dubbelbindning sträckningsvibration | Ingen uppenbar (C=C) sträckningsvibration |
| vid 1420 cm-1 | Metylenböjningsvibration | |
| vid 1330 cm-1 | C-N- sträckningsvibration | |
Slutsats
I takt med att efterfrågan på individanpassad medicin och komplexa formuleringar fortsätter att öka används PVP i alltmer innovativa tillämpningar som farmaceutiskt hjälpämne, t.ex. i 3D-printade läkemedelsbärare och system för målinriktad läkemedelstillförsel. Denna utveckling utvidgar dess roll och förstärker dess betydelse inom läkemedelsindustrin. Genom att använda termoanalytiska kopplingstekniker kan sammansättningen av de gaser som frigörs under den termiska nedbrytningen av PVP analyseras, vilket ger värdefulla insikter för vidare produktforskning. Att förstå pyrolysprodukterna från PVP är dessutom avgörande för att säkerställa läkemedelssäkerheten vid högre temperaturer, eftersom detta hjälper Identify potentiella toxiska biprodukter som kan påverka läkemedelsstabiliteten och patienternas hälsa.