Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98

Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиохимии, в частности к способам получения технеция-99m для медицины.

Короткоживущий радионуклид технеций-99m (^99mТс) является дочерним продуктом β-распада изотопа молибдена-99 (⁹⁹Мо). Для его быстрого отделения от ⁹⁹Мо и последующего медицинского применения чаще всего используются малогабаритные устройства - хроматографические генераторы технеция (RU №2171512). Они представляют собой небольшую хроматографическую колонку, заполненную сорбентом (оксид алюминия), на которую наносят молибден-99. Все это вместе с подводящими и отводящими иглами-коммуникациями помещается в защитный контейнер и транспортируется в медицинские учреждения, где элюирование технеция из генератора осуществляют 0,9% раствором натрия хлорида в виде готового препарата для внутривенных инъекций - натрия пертехнетата, ^99mTc.

Для "зарядки" генераторов требуется ⁹⁹Мо с высокой удельной активностью. В мировой практике, в том числе и в России, его выделяют из продуктов деления урана-235. При таком способе производства образуется большое количество сопутствующих радиоактивных долгоживущих отходов, представляющих высокую экологическую опасность и требующих последующей переработки и утилизации. Альтернативный и практически безотходный способ получения ⁹⁹Мо состоит в облучении нейтронами реактора молибденовых мишеней природного состава или обогащенных по молибдену-98, реакция ⁹⁸Mo (n, γ) ⁹⁹Mo. При среднем потоке тепловых нейтронов 1·10¹⁴ н/см²·с из обогащенных мишеней может быть получена удельная активность ⁹⁹Мо, равная 6-8 Ки/г, что, в принципе, достаточно для производства хроматографических генераторов.

Подобная технология была реализована в СССР на реакторе ИЯФ АН Уз ССР в начале 90-х годов, а также в 2003 г. в России на реакторе ИРТ-Т НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете (Скуридин B.C., Чибисов Е.В., Нестеров Е.А. Производство сорбционных генераторов технеция-99m из обогащенного молибдена-98 // Ядерная и радиационная физика: материалы 4-й международной конференция, 15-17 сентября 2004 г., Алматы: ИЯФ НЯЦ, 2004 г., т.3, с.271-275).

В облученных молибденовых мишенях на каждый образовавшийся нуклид ⁹⁹Мо приходится примерно 10⁴-10^-5 атомов стабильного молибдена-98 - носителя. Поэтому для изготовления из такого сырья генератора с номинальной активностью технеция-99m 0,5 Ки (18,5 ГБк) и более на колонку генератора необходимо адсорбировать порядка 1 Ки ⁹⁹Мо при общей массе стабильного молибдена, превышающей 200 мг.

Известен способ изготовления генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98 по реакции (n, γ) ⁹⁹Мо (Михеев Н.Б., Волкова Н.Л., Румер И.А. и др. Генератор технеция-99m // Радиохимия, 1971, т.13, №4. - С.631-633), выбранный в качестве прототипа, в котором решается задача нанесения на колонку с оксидом алюминия большого количества молибдена за счет использования в качестве сорбируемой формы раствора предельного фосфорномолибдата и последующего создания в колонке двух слоев оксида Al₂О₃: сорбционного, на который наносится молибден, и защитного - для предотвращения его "проскока". Способ позволяет сорбировать свыше 0,67 г молибдена (по металлу) на колонку с массой оксида Al₂O₃ 10 г. Вместе с тем, как показали наши исследования и как отмечено в ряде работ (Steigman J. Chemistry of the Alumina Column // Int. J. Appt. Radiat. Isof., 1982, V.33, p.829-834), присутствие стабильного молибдена заметно снижает величину выхода технеция-99m из генератора. В результате, при увеличении массы молибдена-98 с целью повышения общей активности ⁹⁹Мо на колонке генератора, не происходит пропорционального увеличения активности выделяемого ^99mТс. Следствием этого является непроизводительный расход дорогостоящего обогащенного молибдена-98 (около 2 USD за 1 мг) и снижение потребительских характеристик генератора за счет увеличения ширины элюационного профиля технеция-99m. Способ-прототип этого фактора не учитывает, что и определяет его недостаток.

Таким образом, до настоящего времени остается нерешенной задача определения необходимой и достаточной массы молибдена при его заданной удельной активности, обеспечивающей требуемую активность технеция-99m, выделяемого из генератора.

Технический результат от предполагаемого изобретения заключается в получении генератора с требуемой активностью технеция-99m при использовании минимального количества молибденового сырья.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. Так же, как и в известном способе изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98, раствор молибдена наносят на оксид алюминия. В отличие от него предварительно определяют удельную активность молибдена и сорбционную емкостью используемого оксида алюминия по молибдат-ионам, а требуемую массу молибдена для получения заданной активности элюата технеция-99m находят из соотношения:

А_Tc=0,867·L·m ln(m)/ln(m_OX·W_I),

где А_Tc - активность элюата технеция-99m, Ки;

L - удельная активность молибдена, Ки/г;

m - масса молибдена, г;

m_OX - масса оксида алюминия в хроматографической колонке, г;

W_I - сорбционная емкость используемого оксида алюминия по молибдат-ионам, г/г.

Как известно, накопление технеция-99m в генераторе происходит с периодичностью 22 часа. В момент полного накопления между активностями ^99mТс и ⁹⁹Мо выполняется равновесие А_Tc=0,867 А_Mo.

В общем случае активность технеция-99m, выделяемого из генератора в момент его полного накопления, может быть найдена из соотношения:

где В_Т - полный выход технеция-99m из генератора при его элюировании некоторым объемом физраствора, дальнейшее увеличение которого не приводит к повышению активности выделяемого радионуклида.

Экспериментальные исследования, проведенные более чем на 150 генераторах, показали, что взаимосвязь между величиной В_Т и адсорбированной массой молибдена описывается выражением:

где k - некоторый адсорбционный коэффициент, зависящий от массы оксида алюминия в колонке генератора m_OX и его сорбционной емкости W_I по молибдат-ионам MoO₄ ^2-:

Физический смысл сорбционного коэффициента k состоит в следующем. Как известно, адсорбция молибдат- или полимолибдат-ионов осуществляется на активных центрах оксида алюминия, общее количество N которых для данных условий подготовки оксида может быть оценено соотношением:

N=m_OX·N₀,

где N₀ - плотность активных центров в оксиде алюминия.

Соответственно, количество адсорбированного на оксиде молибдена N_Mo будет определяться выражением:

где n - степень полимеризации молибдена в структуре адсорбируемого полианиона.

Общеизвестно, что степень полимеризации атомов молибдена зависит от рН раствора молибдата. Так при изменении рН от 7 до 3 и ниже степень полимеризации молибдена n возрастает от 1 (молибдат-ионы) с последующим образованием полианионов, содержащих в составе до 7 (парамолибдат) и более атомов молибдена. Как следствие, величины сорбционных емкостей W_i для молибдат-ионов и полианионов для одной и той же рН-формы оксида должны отличаться в n-раз. При этом в случае адсорбции нормальных молибдат-ионов (рН˜7) количество адсорбированных атомов молибдена N_Mo должно наиболее близко соответствовать количеству активных центров в оксиде Al₂O₃. В этих условиях при образовании атома ^99mТс из адсорбированного ⁹⁹Мо обеспечивается его беспрепятственный выход в элюирующий раствор. Точно так же при адсорбции полианиона с n атомами молибдена наибольшая вероятность для беспрепятственного выхода технеция-99m из его структуры представляется в том случае, когда вокруг полианиона будет находиться n или более свободных (вакантных) активных центров для перегруппировки оставшихся атомов молибдена. Таким образом, коэффициент k характеризует состояние системы, при котором выполняется условие N_Mo≤N или, что то же, m≤m_OX·W_I, обеспечивающее 100%-ый выход технеция-99m из генератора.

В качестве примера на чертеже показана экспериментальная зависимость изменения выхода технеция-99m от массы адсорбированного молибдена, полученная для генераторов, изготовленных на основе хроматографического оксида алюминия (ТУ 6-09-3916-75). Масса оксида Al₂O₃ в колонках составляла 6,89 г. Адсорбция молибдена проводилась из раствора полимолибдата с рН=3. Оксид Al₂O₃ после закисления соляной кислотой был отмыт водой также до рН=3. Для рассматриваемого случая коэффициент k=0,335. Соответственно, выход технеция В_T=1 (100%) согласно соотношению (2) достигается при массе адсорбированного молибдена m=0,048 г.

В таблице 1 приведены полученные экспериментальным путем значения коэффициента k для оксидов Al₂O₃ с различной структурой, а также различных величин их масс и сорбционных емкостей по молибдену, адсорбированного из раствора с рН=7.

Таблица 1.
Тип оксида Al2О3	mOX, г	WI, г/г	ln(mOX·WI)	k
ТУ 6-09-3916-75	6,89	0,007	-3,032	0,335
2,81	0,007	-3,93	0,255
А-61	1,02	0,033	-3,39	0,292
А-64	1,04	0,010	-4,56	0,213
А-65	0,90	0,011	-4,61	0,215

Оксиды А-61, А-64 и А-65 получены методом электросинтеза (Коробочкин В.В., Нестеров Е.А., Скуридин B.C. и др. Исследование адсорбции Мо на γ-Al₂О₃ с различной структурой // Радиохимия, 2004, т.46, №2. С.144-147).

С учетом приведенных данных и соотношения (2) выражение (1) для нахождения активности технеция-99m, выделяемого из генератора, в зависимости от массы адсорбированного молибдена, примет вид:

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Навеску обогащенного до 98,6% молибдена-98 массой 1,1 г облучают в канале реактора с потоком нейтронов 1,1·10¹⁴ н/см²·с в течение 160 ч. После "охлаждения" мишени в течение 10 ч ее растворяют в 5 мл 5 М раствора NaOH с добавление 0,5 мл перекиси водорода, а затем переводят в полимолибдат с рН=3 путем введения в полученный раствор 18,5 мл 1 М раствора соляной кислоты. Из полученного раствора с концентрацией молибдена С_Mo=1,1/24=0,046 г/мл отбирают пробу объемом 5 мкл, разводят в 100 раз и определяют объемную активность ⁹⁹Мо L, которая равна 8,2 Ки/г. Такую же пробу без разведения вводят в качестве метки в предварительно подготовленную пробирку, содержащую 4-5 мл неактивного раствора молибдата натрия с рН=7 и общим содержанием молибдена 0,1 г. После перемешивания смеси из нее также отбирают пробу 5 мкл и измеряют исходную активность А₀, соответствующую 0,1 г молибдена.

В химический стакан вместимостью 50 мл помещают навеску оксида Al₂О₃ в количестве М≅1,0 г из той же партии оксида, которым заполнены хроматографические колонки генераторов. Насыпная масса оксида Al₂О₃ в колонках в среднем равна 6,89 г. В стакан вводят содержимое пробирки и перемешивают в течение 3-5 мин. После проведения адсорбции и полного отстаивания смеси отбирают пробу 5 мкл из слоя раствора над оксидом и измеряют ее активность А_C, соответствующую количеству оставшегося после проведения сорбции молибдена (0,1-M·W_I), г. Величину сорбционной емкости W_I рассчитывают по уравнению:

В рассмотренном примере величина W_I составила 0,0073 г. С учетом (2) сорбционный коэффициент k=-1/ln(0,0073·6,89)=0,334. При подстановке полученных выше значений L и k в уравнение (3) находят:

Предположим, что активность технеция-99m, выделяемого из генератора должна быть равной 0,5 Ки. Тогда из (4) определяют величину произведения -m ln(m)=0,211. Для нахождения требуемой массы молибдена m, адсорбируемого на колонку, удобно воспользоваться данными таблицы 2, представленной ниже.

Таблица 2.
m, г	0,04	0,05	0,07	0,09	0,11	0,125	0,150	0,175	0,200	0,250	0,300	0,400
-m ln(m)	0,128	0,150	0,186	0,217	0,243	0,260	0,285	0,305	0,322	0,347	0,361	0,366

Из таблицы 2 находят, что на колонку генератора должно быть нанесено 0,09 г молибдена. Поскольку концентрация молибдена в исходном растворе полимолибдата составляет 0,046 г/мл, в колонку генератора вводят 2 мл раствора. В последующем его промывают водой и физраствором и оставляют на несколько часов для накопления технеция-99m. Измерения активности элюата ^99mТс, полученного путем прокачивания через генератор 9 мл 0,9% раствора NaCl через 4 часа после промывки, показали, что А_Tc=0,193 Ки. С учетом поправки 0,377 ко времени полного накопления (22 ч), активность технеция-99m на момент изготовления составляла 0,511 Ки.

Пример 2. Исходные данные те же, что и в примере 1, с тем отличием, что активность технеция-99m, выделяемого из генератора, должна быть равной 0,3 Ки. Из выражения (4) находят величину -m ln(m)=0,127 и по таблице 2 определяют массу адсорбированного молибдена m=0,040 г. Отвечающий ей объем полимолибдата составляет 1 мл. После промывки и выдержки генератора в течение 4 часов активность выделенного технеция-99m в элюате с объемом 9 мл была равной 0,120 Ки, а на момент изготовления - 0,320 Ки.

Предлагаемый способ позволяет снизить расход молибдена-98, а также провести оптимизацию сорбентов по их массе, сорбционным характеристикам и условиям подготовки.

Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98, включающий нанесение раствора молибдена на оксид алюминия, отличающийся тем, что предварительно определяют удельную активность молибдена и сорбционную емкость используемого оксида алюминия по молибдат-ионам, а массу молибдена, требуемую для получения заданной активности элюата технеция-99m, находят из соотношения:

А_Tc=0,867·L·m ln(m)/ln(m_ox·W_I),

где А_Tc - активность элюата технеция-99m, Ки;

L - удельная активность молибдена, Ки/г;

m - масса молибдена, г;

m_ох - масса оксида алюминия в хроматографической колонке, г;

W_I - сорбционная емкость используемого оксида алюминия по молибдат-ионам, г/г.