萃取色層法從加速器輻照的鎘靶中提取111In

陳玉清,羅文博,李 光,喬來成

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

111In 為加速器生產(chǎn)的核素,半衰期為67 h。在衰變中釋放出173 keV和247 keV的γ射線，是比較完美的診斷用放射性核素。111In3+能與許多有機(jī)配體形成穩(wěn)定配合物，在醫(yī)學(xué)上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前趨腫瘤的111In 藥品有111In Cl3、111In -枸櫞酸鹽和111In -博來霉素等。111In 標(biāo)記單克隆抗體、多肽等還在不斷發(fā)展。國內(nèi)外已有商品111In 供應(yīng)，111In 標(biāo)記化合物的研究仍在繼續(xù)進(jìn)行。

天然鎘靶中含有Cu、Zn、Fe等雜質(zhì)，Cyclotron-30加速器使用的是Cu靶托，輻照時(shí)有少量65Zn產(chǎn)生，同時(shí)Cu靶托也可能被硝酸溶解，這些雜質(zhì)影響111In 的標(biāo)記使用，需要去除。從加速器輻照的鎘靶中提取111In 的方法主要有離子交換法[1]、液體萃取法[2-3，5]和氫氧化物沉淀法[2，4]。上述幾種方法的不足之處在于：離子交換法需用濃氫溴酸淋洗，氫溴酸有很強(qiáng)的腐蝕性；萃取法步驟繁瑣，不易操作；氫氧化物沉淀法產(chǎn)品收率低。

本研究擬建立從Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器輻照后的Cd靶中提取111In 的方法，采用萃取色層法，其分離效率高，操作方便，可分離111In 與Cd靶材及其他雜質(zhì)，得到111In 核素。

1 主要實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要儀器與裝置

Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器：中國原子能科學(xué)研究院與IBA公司聯(lián)合制造；GEM-35190-SP型高純鍺放射性γ探測器(相對(duì)探測效率38%，γ射線能量分辨率1.78)：美國ORTEC公司產(chǎn)品；FH463A自動(dòng)定標(biāo)器、FT-603井型NaI γ閃爍探頭: 北京核儀器廠產(chǎn)品； CRC-15R放射性活度計(jì)：美國Capintec 公司產(chǎn)品；WPS-1型光柵光譜儀：上海光學(xué)儀器廠產(chǎn)品；康氏電動(dòng)振蕩機(jī): 北京通縣醫(yī)療器械廠產(chǎn)品；800型電動(dòng)離心機(jī)：上海手術(shù)器械廠產(chǎn)品。

1.2 主要材料與試劑

115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn、55+59Fe放射性示蹤劑：原子高科股份有限公司提供；50%的二(2-乙基己基)磷酸萃淋樹脂(CL-D2EHPA，75～120目)：北京化工冶金研究院提供；分離柱：用底部帶有燒結(jié)玻璃砂芯，柱徑10 mm的 玻璃交換柱，內(nèi)填4.5 g CL-D2EHPA萃淋樹脂，用玻璃纖維固定樹脂床，使用前用7 mol/L硝酸平衡處理；鹽酸、硝酸均為市售分析純。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 金屬離子的靜態(tài)分配系數(shù)測定

稱取0.5 g CL-D2EHPA樹脂與5.0 mL分別含放射性115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn、和55+59Fe示蹤劑的不同濃度的硝酸或鹽酸(已取1.0 mL作吸附前原始水相)于10 mL萃取管中混合，在康氏振蕩機(jī)上振蕩30 min。離心分離后，取1.0 mL水相作吸附平衡后水相。采用井型NaI γ探測器分別測量吸附平衡前后水相的放射性計(jì)數(shù)。按下式計(jì)算分配系數(shù)：

Kd=[(C0-C)/G]/(C/V)

式中：Kd為分配系數(shù)；C0、C分別為吸附平衡前后1 mL水相的放射性計(jì)數(shù)。G為樹脂質(zhì)量0.5 g；V為水相體積5.0 mL。

2.2 硝酸溶解鎘靶的濃度選擇

分別取20 mL 13、11、9、7、5、3 mol/L的硝酸溶液，加入到約2 g 金屬鎘中，觀察溶解時(shí)間和反應(yīng)現(xiàn)象，選擇最佳溶解金屬鎘的硝酸濃度。

取溶解時(shí)間短、反應(yīng)溫和的硝酸濃度為溶解鎘靶實(shí)驗(yàn)的條件。

2.3 金屬離子Cd2+、Cu2+、Zn2+ 、In3+、Fe3+動(dòng)態(tài)淋洗曲線

1)模擬料液配制：配制7 mol/L硝酸溶液，并使其中含Cd 50 g/L、Cu 10 g/L、Fe 50 mg/ L、Zn 5 mg/ L、In 1.8 mg/ L 。

2) CL-D2EHPA 樹脂柱準(zhǔn)備：稱取4.5 g CL-D2EHPA裝入內(nèi)徑10 mm的玻璃柱中，用7 mol/L硝酸平衡柱床。

3)實(shí)驗(yàn)過程：取模擬料液20 mL加入放射性指示劑搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。首先用7 mol/L硝酸淋洗Cd2+、Cu2+和Zn2+，淋洗體積約為40 mL。然后用3 mol/L鹽酸解吸In3+，體積30 mL。最后用5 mol/L鹽酸解吸Fe3+，并用純凈水洗柱再生柱床。監(jiān)測核素主峰部分，并用干凈小管收集洗脫液，每1 mL為一樣品。所收集的樣品采用井型NaI γ計(jì)數(shù)器測量放射性活度。分別做出每個(gè)核素的流出曲線。

4) Cd2+穿透曲線：取模擬料液20 mL加入放射性115+115mCd搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脫液部分,做115+115mCd核素的流出曲線。

5)Cu2+穿透曲線

取模擬料液20 mL加入放射性64Cu搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脫液部分,做64Cu核素的流出曲線。

6)Zn2+穿透曲線

取模擬料液20 mL加入放射性65Zn搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脫液部分,做65Zn核素的流出曲線。

7)In3+解吸曲線

取模擬料液20 mL加入放射性指示劑114+114mIn搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集3 mol/L HCl洗脫液部分，做114+114mIn核素的流出曲線。

8)Fe3+的洗脫曲線

取模擬料液20 mL加入放射性55+59Fe搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集5 mol/LHCl洗脫液部分，做55+59Fe核素的流出曲線。

2.4 放射性114+114mIn回收率測定

取模擬料液20 mL加入一定量(約37 MBq)放射性指示劑114+114mIn搖均勻，將其加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。收集3 mol/LHCl部分，計(jì)算114+114mIn核素的放化回收率，回收率=分離后收集到的放射性活度/上柱所用的放射性總活度。

2.5 In解吸液中所含化學(xué)雜質(zhì)分析

取模擬料液20 mL，將其直接加載到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 樹脂柱上。用2.3節(jié)方法分離，收集用30 mL 3 mol/L鹽酸解吸In3+部分，用光柵光譜儀分析此部分溶液所含化學(xué)雜質(zhì)Cd、Cu、Zn、Fe的含量。

2.6 熱實(shí)驗(yàn)

用電沉積法[6]制備天然金屬Cd靶,靶重小于1 000 mg，在Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器上輻照，質(zhì)子能量30 MeV，束流小于100 μA，輻照時(shí)間5～10 h。輻照后的鎘靶用7 mol/L硝酸溶解后，用2.3節(jié)方法分離，收集111In 產(chǎn)品部分，測量活度，產(chǎn)品在高純鍺放射性γ探測器中進(jìn)行核純度分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 金屬離子的靜態(tài)分配系數(shù)測定

3.1.1金屬離子Cd2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、In3+在CL-D2EHPA硝酸體系中的靜態(tài)分配系數(shù)

用2.1節(jié)方法，使用115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn和55+59Fe為示蹤劑，金屬離子Cd2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、In3+在CL-D2EHPA硝酸體系中的靜態(tài)分配系數(shù)(Kd)列于表1。

表1 0.5 g CL-D2EHPA硝酸體系中金屬離子的Kd

從表1可看出，大于0.50 mol/L的硝酸體系中，Cd2+、Zn2+和Cu2+不吸附，In3+和Fe3+吸附在樹脂上，In3+、Fe3+能與Cd2+、Zn2+和Cu2+分開。但在硝酸體系中In3+、Fe3+均對(duì)樹脂有較強(qiáng)的吸附。

3.1.2金屬離子Fe3+、In3+在CL-D2EHPA鹽酸體系中的靜態(tài)分配系數(shù)

用2.1節(jié)方法，使用114+114mIn和55+59Fe為示蹤劑，金屬離子In3+和Fe3+在CL-D2EHPA-鹽酸體系中的Kd結(jié)果列于表2。從表2看出，鹽酸濃度為3.00 mol/L時(shí), In3+的Kd值0.1, Fe3+的Kd值19，即可將Fe3+與In3+分開。5.00 mol/L鹽酸時(shí)Fe3+的Kd值1.3可以將Fe3+從樹脂上洗脫。

表2 0.5 g CL-D2EHPA-不同濃度鹽酸體系中金屬離子的Kd

基于上述實(shí)驗(yàn)，本工作選擇CL-D2EHPA樹脂為吸附劑，7.00 mol/L硝酸、3.00 mol/L鹽酸、5.00 mol/L鹽酸為洗脫液，分階段淋洗不同核素，將In3+與Fe3+、Cd2+、Zn2+和Cu2+分開。

3.2 溶解鎘靶硝酸的濃度

利用Cd+4HNO3→Cd(NO3)2+2NO2↑+2H2O反應(yīng)，觀察Cd完全溶解所需時(shí)間及反應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)果列于表3。從表3看出，9.00 mol/L以上硝酸溶解Cd時(shí)，化學(xué)反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)品容易損失。3.00 mol/L以下硝酸溶解Cd時(shí)間長，對(duì)操作放射性人員不利。7.00 mol/L硝酸溶解鎘靶時(shí)間不超過10 min，化學(xué)反應(yīng)不劇烈，故溶鎘靶選用7.00 mol/L硝酸。

表3 金屬鎘(Cd)溶于20 mL不同濃度硝酸中反應(yīng)結(jié)果

3.3 Cd2+、Cu2+、Zn2+ Fe3+、In3+的穿透曲線

Cd2+、Cu2+、Zn2+Fe3+、In3+的穿透曲線分別示于圖1～5。圖1～3中流出體積第1～20 mL為料液，第21～60 mL為7.00 mol/L硝酸洗滌柱子上的Cd2+、Cu2+、Zn2+；圖4中第61～90 mL為3.00 mol/L鹽酸解吸In3+；圖5中第91～130 mol為5.00 mol/L鹽酸洗滌柱子上的Fe3+。

圖1 Cd2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲線 Fig.1 Elution profile of Cd2+ with 7.00 mol/L HNO3

圖2 Cu2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲線Fig.2 Elution profile of Cu2+ with 7.00 mol/L HNO3

圖3 Zn2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲線 Fig.3 Elution profile of Zn2+ with 7.00 mol/L HNO3

圖4 In3+用3.00 mol/L鹽酸解吸曲線Fig.4 Elution profile of In3+ with 3.00 mol/L HCl

圖5 Fe3+用5.00 mol/L鹽酸洗脫曲線Fig.5 Elution profile of Fe3+ with 5.00 mol/L HCl

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，確定提取In步驟是：將溶靶液加載到用7.00 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA柱子上，先用40 mL 7.00 mol/L硝酸洗滌柱子上的Cd2+、Cu2+、Zn2+；接著用30 mL 3.00 mol/L鹽酸解吸In3+并收集；最后用50 mL 5.00 mol/L鹽酸洗滌柱子上的Fe3+并用純凈水洗柱再生柱床。

3.4 114+114mIn的回收率

以放射性114+114mIn為示蹤劑,用2.3節(jié)方法，收集3 mol/L鹽酸30 mL解吸In3+部分，計(jì)算114+114mIn的回收率列于表4。由表4可以看出，114+114mIn的回收率均大于96%。

表4 114+114mIn的放化回收率

3.5 In解吸液中化學(xué)雜質(zhì)檢測結(jié)果

模擬料液分離后， 用光柵光譜儀對(duì)30 mL In解吸液中的雜質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果列于表5。由表5可知，總雜質(zhì)濃度小于2 mg /L。

表5 模擬料液經(jīng)D2EHPA柱分離后雜質(zhì)含量

3.6 熱實(shí)驗(yàn)

1)將制備的天然金屬鎘靶在Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器上輻照，質(zhì)子能量30 MeV，束流小于100 μA，輻照時(shí)間5～10 h。輻照后的鎘靶放置24 h，用7.00 mol/L硝酸溶解后，用2.3節(jié)方法分離，收集111In 產(chǎn)品部分，測量活度。結(jié)果列于表6。由表6可看出，天然鎘靶產(chǎn)出111In活度>11.1 GBq，其 EOB產(chǎn)額約29.6 MBq/(μA·h)。

表6 111In 熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2)取約185 MBq111In 產(chǎn)品，在高純鍺放射性γ探測器上進(jìn)行分析，測量產(chǎn)品不同衰變時(shí)間核純度，結(jié)果列于表7和表8。

由表7和表8可以看出，采用CL-D2EHPA萃取色層法可從質(zhì)子加速器輻照的天然鎘靶中分離出111In ，但其中含有多種銦的放射性同位素，其中半衰期短的110Inm、109In等可很快衰變掉，而要降低半衰期較長的114Inm的含量，只能選用高豐度112Cd做靶。

表7 輻照Cd靶放置24 h后分離的 111In 產(chǎn)品核純度

表8 111In 產(chǎn)品衰變48 h后核純度分析結(jié)果

基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了從天然Cd靶中(含有Cu、Zn、Fe雜質(zhì))提取111In 的分離工藝：將Cd靶用7 mol/L 硝酸溶解，溶靶液適當(dāng)加熱去除NO2，冷卻后加載到4.5 g CL-D2EHPA萃淋樹脂柱上，先用 7 mol/L 硝酸將Cd、Cu、Zn等淋洗，再用3.00 mol/L 鹽酸解吸111In 并收集，最后用5.00 mol/L 鹽酸洗脫柱上Fe，并用純凈水洗柱再生柱床。采用該分離工藝，可以將111In 從天然 Cd靶中提取。

4 結(jié) 論

本研究建立了使用CL-D2EHPA萃淋樹脂從天然Cd靶中提取111In 的方法。加速器輻照的天然鎘靶，使用本方法分離、純化可得到>300 mCi的111In ；111In 放射性核純度大于96%；化學(xué)雜質(zhì)小于2 mg /L；In的回收率大于96%。

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