水合氧化錳用于90Y發生器的制備

尹幫順，鄧啟民，潘俊男，程作用

(成都云克藥業有限責任公司，四川 成都 610041)

90Y是一種重要的醫用放射性核素，具有良好的核性質與化學性質，在惡性腫瘤的治療中得到了廣泛地應用[1]。使用90Y標記的抗體、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，具有廣闊的應用前景[2-5]。醫用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醫用同位素發生器，從同位素發生器中定期提取可供醫用的90Y[6]。醫用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60年代起，陸續開展了90Y發生器的研制[7-9]，但制備的發生器普遍存在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，但工藝復雜且在生產的過程中會產生大量的放射性廢液，不利于制備成同位素發生器的形式[10]。由于90Sr/90Y的分離難度高，目前尚未有穩定的色譜型90Y發生器研發成功。

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點[11]，是用作90Sr/90Y分離的理想材料。從上世紀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穩定性好、可多次再生重復使用等優點，據文獻報道[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分離的具體工藝進行進一步的研究，目前也未見有文獻報道利用HMD作為分離材料進行90Sr和90Y的分離。本工作利用HMD為分離介質，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的靜態分配系數。

(1)

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

1.3 HMD對Sr和Y動態吸附

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

(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的重復使用性能 1.3.4節所使用的HMD色譜柱以3 mol/L的HNO3進行再生、0.1 mol/L HNO3溶液預處理后，再重復1.3.4節模擬溶液的分離實驗步驟。再生后重復使用實驗進行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 結果與討論

2.1 Sr和Y在HMD中靜態吸附

HMD在不同濃度的HNO3溶液和HCl溶液中對Sr和Y的吸附后的靜態分配系數列于表1。根據同一吸附條件下的靜態分配系數，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的靜態分配系數，mL/g；KdSr表示該條件下Sr的靜態分配系數，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。

靜態分配系數的研究結果(表1)表明，在HCl溶液中，HMD對Sr和Y的靜態分配系數均較低。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中的靜態分配系數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的靜態分配系數都較高，0.001 mol/L時靜態分配系數達到3 812 mL/g，在0.1 mol/L HNO3下對Y的靜態分配系數為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。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進行分離后，需要對殘留在HMD柱的Sr進行清洗，進而降低最終獲得的Y溶液中Sr的殘留量；同時，為保證終產品中Y的回收率，淋洗液應選擇適當的酸度，確保利用淋洗液對HMD色譜柱進行清洗的過程中，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果，結果表明，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為無定形態無機離子交換劑，雖然其化學穩定性能較好，但工作酸度過高可能導致交換劑的穩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，色譜柱在工作狀態下應盡量使用酸度較低的溶液以確保交換劑的穩定性。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果列于表3。結果表明，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，導致溶液在色譜柱中流速偏慢，分離時間過長；當交換柱的高徑比為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的質量比可以用公式(4)換算成同質量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 根據工藝研究結果，確定HMD色譜柱分離Sr和Y的工藝參數如下：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，得到終產品Y(NO3)3溶液。

表4為根據上述工藝參數開展Sr(NO3)2-Y(NO3)3模擬放射性溶液分離的結果。結果表明，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，核純度符合醫用90Y的要求。

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

2.2.6HMD的重復使用性能 以3 mol/L HNO3為再生液對HMD色譜柱進行再生處理，HMD色譜柱經過再生后，重復進行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。實驗結果(表5)表明，HMD經再生后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使用4次以上。

表5 HMD重復使用結果Table 5 The results of HMD repeated use

3 結論

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現，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相同質量的Y的吸附率高于90%，經用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的質量比換算成同等質量的90Sr和90Y的活度比，比值低于2×10-5，符合醫用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發生器的制備。