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 является дочерним продуктом β-распада изотопа ⁹⁹Мо. Для его быстрого отделения от ⁹⁹Мо и последующего медицинского применения чаще всего используются малогабаритные устройства - хроматографические генераторы технеция [патент RU №2171512 С2, 27.07.2001]. Они представляют собой небольшую хроматографическую колонку, заполненную сорбентом (оксид алюминия Al₂O₃), на который наносят молибден-99. Все это вместе с подводящими и отводящими иглами-коммуникациями помещается в защитный контейнер и транспортируется в медицинские учреждения, где элюирование технеция-99m из генератора осуществляют 0,9% раствором натрия хлорида (физраствор) в виде готового препарата для внутривенного введения - 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, реакция ⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo. При среднем потоке тепловых нейтронов 1·10¹⁴ н/см²·с из обогащенных мишеней может быть получена удельная активность ⁹⁹Мо 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, где для повышения удельной активности ⁹⁹Мо по реакции ⁹⁸Мо(n,γ)⁹⁹Мо использовались каналы реактора с высоким содержанием в нейтронном спектре резонансных нейтронов [Ryabchikov A.I, Skuridin V.S., Nesterov E.A., Chibisov E.V., Golovkov V.M. Obtaining Molybdenum-99 in Research Reactor IR-T With Using Resonance Neutrons // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res., 2004, В 213, p.364-368].

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 200 мг молибдена, что требует использования колонок увеличенных размеров.

Известен способ изготовления генератора технеция-99m из (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], в котором решается задача нанесения на колонку с оксидом Al₂O₃ большого количества молибдена за счет использования в качестве сорбируемой формы раствора предельного фосфорномолибдата. Способ позволяет сорбировать свыше 670 мг молибдена (по металлу) на колонку с массой оксида Al₂O₃ более 10 г. Вместе с тем, как показали наши исследования и как отмечено в ряде работ [например, Steigman J. Chemistry of the Alumina Column // Int. J. Apl. Radiat. Isot, 1982, V.33, p.829-834], присутствие стабильного молибдена заметно влияет на величину выхода технеция-99m из генератора. Кроме того, использование колонок больших размеров приводит к расширению элюационного профиля генератора. Последнее означает, что для полного выделения технеция-99m из генераторной колонки требуется в несколько раз большее количество физраствора, чем из аналогичных генераторов на основе продукта деления урана-235. Соответственно, снижается и объемная активность препарата, что также является недостатком способа.

Известен способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98 авторов настоящей заявки, выбранный в качестве прототипа [патент РФ N 2276102, приоритет 29.11.04, бюл. №13, 2006], в котором решается задача определения необходимой и достаточной массы молибдена, обеспечивающей требуемую активность технеция-99m, выделяемого из генератора. В соответствии с этим способом, на оксид алюминия наносят молибден с известной удельной активностью ⁹⁹Мо и в таком количестве, что заданная активность технеция-99m достигается при полном элюировании генератора некоторым предельным объемом физраствора, дальнейшее увеличение которого не приводит к повышению активности выделяемого радионуклида. При этом получаемая величина объемной активности препарата определяется как отношение выделенной активности технеция-99m к общему объему физраствора, пропущенного через колонку генератора. Одним из возможных путей повышения объемной активности при заданных габаритах хроматографической колонки является сужение ее элюационного профиля. Однако такая возможность в способе-прототипе не учитывается, что и определяет его недостаток.

Таким образом, до настоящего времени остается нерешенной задача получения максимально высокой объемной активности препарата технеция-99m, выделяемого из генератора с большой адсорбированной массой молибдена.

Технический результат от предлагаемого изобретения состоит в получении генератора на основе облученного нейтронами молибдена-98 с узким элюационным профилем выделения технеция-99m.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. Так же как и в известном способе, на хроматографическую колонку с оксидом алюминия наносят предварительно определенную массу молибдена. В отличие от него определяют элюационный выход технеция-99m из генераторов с различной адсорбированной массой молибдена, затем из полученной калибровочной зависимости экстраполяцией находят массу молибдена, соответствующую максимальному выходу технеция-99m из генератора В_Э=1, как m_I=ехр[(1-а)/в], где а и в - коэффициенты калибровочной зависимости B_i=а+в·lnm_i где B_i - элюационный выход технеция-99m из генератора при адсорбированной массе молибдена m_i.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:

фиг.1 - изменение выхода технеция-99m в зависимости от объема физраствора, пропущенного через колонки генераторов с различной адсорбируемой массой молибдена: 70 мг (кривая 1) и 150 мг (кривая 2);

фиг.2 - зависимость изменения выхода технеция-99m В_Э от логарифма массы молибдена m_Mo;

фиг.3 - элюационная кривая генератора с адсорбированной массой молибдена m_I=0,235 г.

В качестве примера на фиг.1 приведены элюационные кривые изменения выхода технеция-99m в зависимости от объема физраствора, пропущенного через колонки генераторов с различной адсорбируемой массой молибдена: 70 мг (кривая 1) и 150 мг (кривая 2). Колонки имеют одинаковый объем 7,3 см³. В качестве адсорбента использовался кислотный оксид Al₂O₃ для колоночной хроматографии (0,063-0,200 мм) фирмы «Мерк», предварительно обработанный соляной кислотой и отмытый водой до рН 3. Масса оксида в колонках составляла 8,1 г.

Из представленных элюационных кривых следует, что с увеличением адсорбированной массы молибдена элюационный профиль генератора сужается. Так, если в первом случае для полного выделения технеция-99m требуется объем физраствора 20 мл, то во втором - 14 мл. Объясняется это следующим. Как известно, адсорбция молибдена осуществляется на активных центрах оксида алюминия. При их неполном заполнении молибденом оставшиеся вакантные центры оказывают «тормозящее» действие на скорость вымывания технеция-99m из генератора, что и приводит к расширению его элюационного профиля. В соответствии с этим возникает задача в определении необходимой массы молибдена, при которой достигается наиболее узкий профиль генератора и, как следствие, максимальный выход технеция-99m в оптимальном объеме физраствора. Этот объем в последующем может быть рекомендован в Инструкции по эксплуатации генератора. Например, для генераторов, изготовленных на основе ⁹⁹Мо - продукта деления урана-235 со стандартной колонкой 2,8 см³ - рекомендуемый объем элюента составляет 5 мл. А для генератора, изготовленного их облученного нейтронами молибдена-98 с колонкой более 10 см³, этот объем может быть равен 70 мл [Molinski V.J. A Review of ^99mTc Generator Technology // Int. J. Appl. Radiat. Isot. - 1982. - v.33. - p.811-819].

В таблице 1 приведены значения объемной активности препарата, рассчитанные из зависимостей фиг.1 для различных объемов физраствора, пропущенного через генераторные колонки. Исходная активность технеция-99m в генераторах составляла 20 ГБк.

Из таблицы 1 следует, что, несмотря на различие элюационных профилей, в обоих случаях наиболее высокая объемная активность элюата достигается в объеме 7-10 мл. Отсюда в качестве оптимального может быть выбран объем 8,5 мл. Далее массу молибдена, обеспечивающую максимальный выход технеция-99m в этом объеме, находят из калибровочной кривой изменения выхода технеция-99m B_I от адсорбируемой массы молибдена для предельного случая B_Э=1.

Сущность изобретения поясняется примером конкретного выполнения.

Навеску обогащенного до 98,6% молибдена-98 массой 1,2 г облучают в канале реактора с потоком нейтронов 1,1·10¹⁴ н/см²·с в течение 100 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. Удельная активность ⁹⁹Мо в растворе составляет 7,2 Ки/г (266,5 ГБк/г), концентрация молибдена C_Мo=1,2/24=0,050 г/мл.

На предварительно подготовленные 4 хроматографические колонки объемом 7,3 см³ с оксидом алюминия массой 8,1 г, обработанным соляной кислотой и отмытым водой до рН 3, наносят 2,0; 2,6; 3,0 и 3,4 мл раствора полимолибдата, что соответствует адсорбированным массам молибдена 0,10; 0,13; 0,15 и 0,17 г. После выдержки генераторов в течение 22 ч - времени равновесного накопления технеция-99m проводят их элюирование последовательно двумя порциями физраствора объемом 8,5 и 11,5 мл из расчета, что в суммарном объеме достигается полное выделение технеция-99m из колонок. Затем измеряют активность полученных элюатов с помощью дозкалибратора. Результаты измерений представлены в таблице 2. В последнем ее столбце приведены значения выхода технеция-99m B_i в 1 смыве, рассчитанные из отношения активности 1 смыва к суммарной активности 1 и 2 смывов. По данным таблицы 2 строят зависимость изменения выхода технеция-99m B_i от логарифма массы молибдена m_i, которая представлена на фиг.2. Зависимость описывается линейным соотношением:

где а и в - некоторые коэффициенты калибровочной зависимости, которые для рассматриваемого случая соответственно равны 1,482 и 0,333.

Экстраполируя кривую фиг.2 до значения B_I=1, находим, что этому предельному случаю соответствует lnm_Mo=-1,45. Отсюда масса молибдена, при которой достигается максимальный элюационный выход технеция-99m в заданном объеме физраствора 8,5 мл, составляет 0,235 г. В аналитическом виде этот результат может быть получен из уравнения (1) путем приравнивания его 1. В соответствии с этим: ln m_I=(1-а)/в. Отсюда:

m_I=ехр[(1-а)/в]=ехр[(1-1,482)/0,333]=0,235.

Подтверждением заявляемых положений является элюационная кривая генератора с адсорбированной массой молибдена m_I=0,235 г, представленная на фиг.3. Из нее следует, что в объеме 8,5 мл достигается выход 0,99 при общей ширине элюационного профиля генератора 9 мл.

Предлагаемый способ позволяет определять адсорбированную массу молибдена, обеспечивающую максимальный выход технеция-99m из генератора.

Таблица 1
mМо, г/v, мл	Объемная активность, ГБк/мл
3	5	7	8,5	10	12	14	16	18	20
0,070	0,73	1,1	1,33	1,42	1,45	1,41	1,31	1,2	1,1	1,0
0,150	1,39	1,91	2,06	2,00	1,86	1,63	1,42

Таблица 2
№ генератора	mi, г	Активность 99mTc, ГБк	Bi
1 смыв (8,5 мл)	2 смыв (11,5 мл)
1	0,10	13,3	5,2	0,72
2	0,13	19,2	4,8	0,80
3	0,15	23,5	4,2	0,85
4	0,17	27,8	2,6	0,89

Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98, включающий нанесение предварительно определенной массы молибдена на хроматографическую колонку с оксидом алюминия, отличающийся тем, что определяют элюационный выход технеция-99m из генераторов с различной адсорбированной массой молибдена, затем из полученной калибровочной зависимости экстраполяцией находят массу молибдена m_I, соответствующую максимальному элюационному выходу технеция-99m из генератора В_Э=1, как m_I=ехр[(1-а)/b], где а и b - коэффициенты калибровочной зависимости B_i=а+b·ln m_i, где B_i - элюационный выход технеция-99m из генератора при адсорбированной массе молибдена m_i.