尹幫順，鄧啟民，潘俊男，程作用

(成都云克藥業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

90Y是一種重要的醫(yī)用放射性核素，具有良好的核性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，在惡性腫瘤的治療中得到了廣泛地應(yīng)用[1]。使用90Y標(biāo)記的抗體、多肽、放射性微球等藥物或器械，可用于多種惡性腫瘤的治療，具有廣闊的應(yīng)用前景[2-5]。醫(yī)用90Y主要從90Sr/90Y放射性衰變平衡體系中獲得。由于90Sr的物理半衰期較長 (T1/2=28.79 a)，一旦進(jìn)入人體將在骨中積聚并長期滯留，破壞骨髓功能?；?0Sr半衰期遠(yuǎn)長于90Y半衰期(約64 h)的特點，90Sr/90Y衰變平衡體系中分離90Y最理想的方式是制備成90Y醫(yī)用同位素發(fā)生器，從同位素發(fā)生器中定期提取可供醫(yī)用的90Y[6]。醫(yī)用90Y的核純度要求為90Sr和90Y放射性活度比低于2×10-5[7]。

從20世紀(jì)60年代起，陸續(xù)開展了90Y發(fā)生器的研制[7-9]，但制備的發(fā)生器普遍存在90Y放射性活度小、90Sr沾污量較高等問題，難以用于臨床抗腫瘤藥物的制備；目前臨床上所使用的90Y主要靠萃取法從90Sr/90Y放射性衰變平衡體系中定期提取，但工藝復(fù)雜且在生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生大量的放射性廢液，不利于制備成同位素發(fā)生器的形式[10]。由于90Sr/90Y的分離難度高，目前尚未有穩(wěn)定的色譜型90Y發(fā)生器研發(fā)成功。

無機離子交換材料具有耐高溫、耐輻射、對離子選擇性好等優(yōu)點[11]，是用作90Sr/90Y分離的理想材料。從上世紀(jì)50年代開始，水合氧化錳(HMD)、水合二氧化鈦、水合五氧化二銻、磷酸鋯、磷酸銻等多種無機離子交換劑被研究用于放射性核素的固化或分離[12-13]。其中水合氧化錳具有合成簡單、耐輻照性能強、離子選擇性好、在高濃度無機酸條件下化學(xué)穩(wěn)定性好、可多次再生重復(fù)使用等優(yōu)點，據(jù)文獻(xiàn)報道[13]，水合氧化錳在一定條件下對釔具有良好的選擇性及交換容量，對鍶的吸附性能較弱，有用于Sr和Y分離的可能，但沒有對HMD用于Sr和Y分離的具體工藝進(jìn)行進(jìn)一步的研究，目前也未見有文獻(xiàn)報道利用HMD作為分離材料進(jìn)行90Sr和90Y的分離。本工作利用HMD為分離介質(zhì)，研究其在鹽酸溶液和硝酸溶液中對Sr和Y的吸附分離，并探討HMD用于制備色譜型90Y發(fā)生器的可行性。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

實驗中所用試劑均為分析純；HMD粒徑為165～246 μm，采用文獻(xiàn)報道[12]的方法合成；實驗用水為二次蒸餾水；IRIS-HU-DUO型等離子體原子發(fā)射光譜儀：美國熱電公司；KS-130振蕩器：德國IKA公司；自制玻璃色譜柱：內(nèi)徑為8 mm，實驗中所有溶液通過色譜柱的流速均控制在0.6 mL/min。

1.2 HMD對Sr和Y的靜態(tài)吸附

0.5 g HMD顆粒分別加入到不同濃度HNO3或HCl的Sr(NO3)2-Y(NO3)3(CSr=20.0 μg/mL，CY=20.0 μg/mL)溶液中振蕩2 h，測定振蕩后溶液中Sr的濃度，按照公式(1)計算HMD對Sr和Y的靜態(tài)分配系數(shù)。

(1)

式中，Kd為靜態(tài)分配系數(shù)，mL/g；C0和C，分別為被計算元素在振蕩前、振蕩后，溶液中該元素的質(zhì)量濃度，μg/mL；m為HMD交換劑的質(zhì)量，g；V為溶液的體積，mL。

1.3 HMD對Sr和Y動態(tài)吸附

1.3.1HMD的動態(tài)吸附容量 HMD顆粒裝入色譜柱，經(jīng)過3 mol/L HNO3、蒸餾水、0.1 mol/L HNO3預(yù)處理后，加入Sr(NO3)2-Y(NO3)3-HNO3溶液，以0.6 mL/min速度進(jìn)行吸附。接收吸附流出液，測定吸附流出液中Sr和Y的濃度，根據(jù)公式(2)計算HMD的動態(tài)工作交換容量。

(2)

式中，Q為交換容量，μg/g；C0為起始料液元素的濃度，μg/mL；C為吸附流出液中元素的濃度，μg/mL；W為交換劑的重量，g；V為元素漏穿時吸附流出液的體積，mL。

1.3.2淋洗及解吸 三根HMD色譜柱(H∶D=5∶1)，吸附0.1 mol/L HNO3體系下的Sr(NO3)2-Y(NO3)3混合溶液，用0.1 mol/L 的HNO3淋洗后，分別用5倍柱體積的1 mol/L HNO3、2 mol/L HNO3和3 mol/L HNO3進(jìn)行洗脫，測定淋洗液和解吸液中Sr和Y的濃度。

1.3.3HMD色譜柱高徑比對Y吸附和解吸的影響 不同高徑比的HMD柱(H∶D分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)經(jīng)Sr(NO3)2-Y(NO3)3-HNO3溶液吸附和HNO3溶液淋洗后，再加入5 mL 1 mol/L 的HNO3解吸，研究高徑比的影響。

1.3.4HMD分離Sr-Y模擬溶液工藝驗證 HMD色譜柱(H∶D=5∶1)，經(jīng)Sr(NO3)2-Y(NO3)3-HNO3模擬溶液(Sr和Y的含量與37 GBq90Sr/90Y放射性平衡體系溶液一致)吸附后，經(jīng)0.1 mol/L 的HNO3淋洗后，再加入1 mol/L的HNO3溶液解吸。

1.3.5HMD的重復(fù)使用性能 1.3.4節(jié)所使用的HMD色譜柱以3 mol/L的HNO3進(jìn)行再生、0.1 mol/L HNO3溶液預(yù)處理后，再重復(fù)1.3.4節(jié)模擬溶液的分離實驗步驟。再生后重復(fù)使用實驗進(jìn)行4次，測量收集到的吸附流出液、淋洗液和解吸液中的Sr和Y。

2 結(jié)果與討論

2.1 Sr和Y在HMD中靜態(tài)吸附

HMD在不同濃度的HNO3溶液和HCl溶液中對Sr和Y的吸附后的靜態(tài)分配系數(shù)列于表1。根據(jù)同一吸附條件下的靜態(tài)分配系數(shù)，可以利用公式(3)計算出Y和Sr的分離因子。

(3)

式中，KdY表示該條件下Y的靜態(tài)分配系數(shù)，mL/g；KdSr表示該條件下Sr的靜態(tài)分配系數(shù)，mL/g；α表示該條件下Y和Sr的分離因子。α越大說明被分離的元素之間的分離效果越好；接近于1表明兩種元素難以分離。

靜態(tài)分配系數(shù)的研究結(jié)果(表1)表明，在HCl溶液中，HMD對Sr和Y的靜態(tài)分配系數(shù)均較低。因此，HMD在HCl溶液不能用于Sr和Y的分離。

表1 酸性溶液中Sr和Y在HMD中的靜態(tài)分配系數(shù)Table 1 Partition coefficient of Sr and Y on HMD in different concentration of acid solution

在HNO3溶液中，HMD在酸度為3 mol/L以下時，對Sr的分配系數(shù)較小，接近于1，表明在此條件下Sr在HMD上基本不吸附；在0.001～0.1 mol/L下對Y的靜態(tài)分配系數(shù)都較高，0.001 mol/L時靜態(tài)分配系數(shù)達(dá)到3 812 mL/g，在0.1 mol/L HNO3下對Y的靜態(tài)分配系數(shù)為1 160 mL/g。

HMD在硝酸濃度低于0.1 mol/L時，對Sr和Y的分離因子超過600，說明該條件適合Sr和Y的分離；當(dāng)硝酸濃度高于1 mol/L時，分離因子接近于1，表明高濃度硝酸中HMD無法用于Sr和Y的分離。因此，HMD在0.001～0.1 mol/L硝酸溶液中可用于Sr和Y分離。低硝酸濃度下進(jìn)行Sr和Y分離，再以1 mol/L以上的高濃度硝酸溶液或鹽酸溶液為解吸液。

2.2 HMD在色譜柱條件下對Sr-Y的分離

2.2.10.1 mol/L HNO3溶液中HMD對Sr和Y吸附容量 Sr(NO3)2-Y(NO3)3-HNO3溶液(CSr=14.31 mg/mL，CY=3.277 μg/mL)經(jīng)裝有2.0 g HMD的色譜柱吸附后，吸附流出液中Sr的濃度與加入的原液無明顯差異，表明HMD色譜柱對Sr基本無吸附；圖1為吸附流出液中Y的濃度曲線，其濃度躍遷時吸附流出液的總體積約為12 mL，由公式(2)計算出HMD對Y的吸附容量約為19.27 μg/g，Y的吸附容量與387 GBq的90Y相當(dāng)。說明在0.1 mol/L HNO3溶液中體系中，2.0 g HMD完全能夠滿足一個370 GBq90Y發(fā)生器對90Y吸附容量的需要。

圖1 HMD對Y吸附容量Fig.1 Results of adsorption capacity for Y with HMD

2.2.2Sr和Y分離過程中HMD色譜柱淋洗液的用量 利用HMD色譜柱對Sr和Y進(jìn)行分離后，需要對殘留在HMD柱的Sr進(jìn)行清洗，進(jìn)而降低最終獲得的Y溶液中Sr的殘留量；同時，為保證終產(chǎn)品中Y的回收率，淋洗液應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)乃岫龋_保利用淋洗液對HMD色譜柱進(jìn)行清洗的過程中，不會提前將被吸附的Y從HMD色譜柱上洗脫下來。

Sr(NO3)2-Y(NO3)3-HNO3溶液通過HMD色譜柱(H∶D=5∶1)吸附后，用0.1 mol/L的HNO3溶液淋洗。圖2為淋洗液體積用量實驗的結(jié)果，結(jié)果表明，0.1 mol/L的HNO3淋洗液的體積必須保持在10倍柱體積以上才能有效降低Sr殘留；Y在色譜柱上吸附的效果較好，淋洗液Y濃度接近檢測限，未提前從色譜柱上洗脫下來。因此，淋洗液的體積控制在10倍柱體積以上，可滿足色譜柱清洗要求。

圖2 分離過程中HMD色譜柱的淋洗曲線Fig.2 Cleaning curve of HMD column during the separation

2.2.3解吸液濃度對解吸效率的影響 表2為不同濃度解吸液對解吸率的影響。結(jié)果表明，Y的解吸率與解吸液酸度成正比。1.0、2.0和3.0 mol/L HNO3的解吸率分別為91.60%、97.42%和99.37%。所有的解吸實驗中，5倍柱體積的解吸液中含有的Y占所有解吸下來的Y的95%以上。說明1.0 mol/L以上濃度的HNO3溶液已經(jīng)滿足將Y從HMD色譜柱上解吸的要求。

表2 不同濃度的HNO3溶液作為解吸液對解吸率的影響Table 2 The effect of HNO3 solution in different concentration as eluent on desorption rate

由于HMD為無定形態(tài)無機離子交換劑，雖然其化學(xué)穩(wěn)定性能較好，但工作酸度過高可能導(dǎo)致交換劑的穩(wěn)定性和再生性能變差。使用無機離子交換劑作為色譜柱填料，色譜柱在工作狀態(tài)下應(yīng)盡量使用酸度較低的溶液以確保交換劑的穩(wěn)定性。因此，在確保Y能夠充分解吸的前提條件下，選擇濃度為1.0 mol/L的HNO3作為解吸液。

2.2.4HMD色譜柱高徑比對Sr和Y分離的影響 不同高徑比實驗樣品的測量結(jié)果列于表3。結(jié)果表明，在0.1 mol/L HNO3溶液作為吸附體系的情況下，HMD對Sr基本上不吸附，解吸液中只有少量Sr的沾污，高徑比從2∶1～6∶1之間的HMD色譜柱吸附流出液和淋洗液中Sr的總回收率均超過99.99%，滿足母子體型同位素發(fā)生器對母體核素回收率的需要。Y的吸附效率與HMD交換柱的高徑比存在一定的關(guān)系：高徑比越大交換柱對Y的吸附率越高，但由于高徑比大于6∶1后，交換柱的水流阻力較大，導(dǎo)致溶液在色譜柱中流速偏慢，分離時間過長；當(dāng)交換柱的高徑比為5∶1以上時，Y的吸附率均超過90%，與高徑比為6∶1的差別不大。因此，HMD色譜柱的最佳高徑比為5∶1。

表3 高徑比對HMD 分離Sr和Y的影響Table 3 The effect of height-to-diameter ratio on the separation of Sr and Y by HMD

注：表中Sr的回收率=(吸附流出液中Sr+淋洗液中Sr)/加入的Sr的總量×100%；Y的回收率=(解吸液中的Y/加入的Y的總量)×100%；Y的解吸率=(解吸液中的Y/吸附在交換劑上的Y)×100%；① 洗脫液中將Sr和Y的質(zhì)量比可以用公式(4)換算成同質(zhì)量90Sr和90Y的活度比(ASr/AY)。

(4)

2.2.5HMD在0.1 mol/L HNO3溶液中對Sr(NO3)2-Y(NO3)3模擬放射性溶液的分離實驗 根據(jù)工藝研究結(jié)果，確定HMD色譜柱分離Sr和Y的工藝參數(shù)如下：0.1 mol/L HNO3體系的Sr(NO3)2-Y(NO3)3混合溶液通過HMD色譜柱(H∶D=5∶1)后，再依次用10倍柱體積的0.1 mol/L HNO3清洗色譜柱，5倍柱體積的1 mol/L HNO3溶液解吸，得到終產(chǎn)品Y(NO3)3溶液。

表4為根據(jù)上述工藝參數(shù)開展Sr(NO3)2-Y(NO3)3模擬放射性溶液分離的結(jié)果。結(jié)果表明，該體系下通過HMD色譜柱對Sr和Y分離后，獲得的Y溶液中Sr和Y的質(zhì)量比換算成90Sr和90Y的活度比，比值均小于4.00×10-6，核純度符合醫(yī)用90Y的要求。

表4 Sr(NO3)2-Y(NO3)3模擬放射性溶液分離結(jié)果Table 4 The results of Sr(NO3)2-Y(NO3)3 simulated radioactive solution separation experiment

2.2.6HMD的重復(fù)使用性能 以3 mol/L HNO3為再生液對HMD色譜柱進(jìn)行再生處理，HMD色譜柱經(jīng)過再生后，重復(fù)進(jìn)行0.1 mol/L HNO3體系的Sr(NO3)2-Y(NO3)3模擬放射性溶液分離實驗。實驗結(jié)果(表5)表明，HMD經(jīng)再生后HMD對Sr仍然不吸附，對Y的吸附率均超過90%；以1 mol/L的HNO3為解吸液進(jìn)行解吸，Y的解吸率均超過85%；獲得的Y溶液中Sr的沾污量換算成90Sr和90Y的活度比均低于2×10-5。因此，HMD色譜柱至少可以重復(fù)使用4次以上。

表5 HMD重復(fù)使用結(jié)果Table 5 The results of HMD repeated use

3 結(jié)論

在本工作的研究條件下，HMD在鹽酸溶液中，對Sr和Y均不吸附；在0.001～0.1 mol/L硝酸溶液中對Y具有比較好的吸附能力，而在同條件下對Sr的吸附能力較差；在硝酸濃度高于1 mol/L時，對Sr和Y均不吸附。

通過色譜柱分離實驗發(fā)現(xiàn)，HMD在0.1 mol/L 硝酸溶液中，流速固定為0.6 mL/min，高徑比為5∶1，對與370 GBq90Y相同質(zhì)量的Y的吸附率高于90%，經(jīng)用10倍柱體積的0.1 mol/L硝酸溶液淋洗吸附柱上殘留的Sr后，1 mol/L HNO3解吸液的解吸率接近90%，解吸液中Sr和Y的質(zhì)量比換算成同等質(zhì)量的90Sr和90Y的活度比，比值低于2×10-5，符合醫(yī)用90Y對核純度的要求。因此，HMD有望作為90Sr/90Y分離材料，用于色譜型90Y發(fā)生器的制備。