DE60209818T2

DE60209818T2 - Verfahren und vorrichtung zur trennung der ionen von metallischen elementen in wässriger lösung

Info

Publication number: DE60209818T2
Application number: DE60209818T
Authority: DE
Inventors: E. Robert Milford LEWIS; Fu-Min Seattle SU; A. Timothy Salem LANE; R. Keith Merrimack OLEWINE; S. Peter Lexington HOLTON
Original assignee: Bristol Myers Squibb Pharma Co
Current assignee: Bristol Myers Squibb Pharma Co
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP4162141B2; US7138643B2; WO2003051494A3; EP1481402B1; US20030152502A1; KR20040075883A; CA2470738A1; US20040164025A1; DE60209818D1; WO2003051494A2; JP2005512772A; AU2002357272A1; EP1481402A2; ATE320069T1; ES2260520T3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung ist allgemein auf Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung der Ionen metallischer Elemente in wässriger Lösung durch Chromatographie gerichtet. Die zu trennenden Elemente können zur selben oder zu verschiedenen Gruppen des langen Periodensystems gehören, das die Hauptgruppenelemente, Übergangsmetalle, Lanthanoide und Actinoide einschließt. Die vorliegende Erfindung betrifft besonders eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trennung der Ionen von Radioisotopen, wie ⁹⁰Y und ²⁰¹Tl, von ihren Mutterelementen und zur Herstellung von Mehrfachcuriemengen derselben für medizinische Anwendungen, während minimaler Abfall erzeugt wird.
Hintergrund der Erfindung
Radioaktive Isotope vieler metallischer Elemente haben mögliche Verwendungen in der Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Das Yttrium-90-Isotop, welches eine Halbwertszeit von 64 Stunden hat und ein starkes Betateilchen (Emax = 2,28 MeV) emittiert, weist zum Beispiel hervorragende Aussichten bei der Behandlung von Krankheiten beim Menschen auf, und neue Fortschritte in der Radioimmuntherapie und Peptidzielgerichteten Strahlentherapie haben eine große Nachfrage nach ⁹⁰Y verursacht. Ein anderes Radioisotop, Thallium-201, welches eine Halbwertszeit von 73 Stunden hat und Photonen von 135 und 167 keV emittiert, wird häufig als bildgebendes Mittel bei der Myokardperfusion verwendet. Zahlreiche andere Beispiele von radioaktiven Isotopen und ihre mögliche Verwendung als radiopharmazeutische Produkte sind dem Fachmann bekannt.
Ein Weg, Radioisotope mit möglicher Verwendung als radiopharmazeutische Produkte zu erzeugen, ist der Zerfall von radioaktiven Spezies von Elementen von benachbarten Gruppen im Periodensystem. Zum Beispiel kann ⁹⁰Y aus dem Zerfall von ⁹⁰Sr mit einer Halbwertszeit von 28 Jahren erzeugt werden. Ähnlich wird ²⁰¹Tl durch den Zerfall aus seinem Mutterelement ²⁰¹Pb (T_1/2 = 9,33 Stunden) erhalten.
Um als radiopharmazeutische Produkte verwendet zu werden, müssen die Zielisotope allgemein von den Mutterverbindungen getrennt werden. Viele verschiedene Verfahren sind verwendet worden, um Radioisotope zu trennen, einschließlich Fällung, Lösungsmittelextraktion und Ionenaustausch-Chromatographie, und die Verwendung von mehreren phosphororganischen Extraktionsmitteln ist beschrieben worden. Zum Beispiel ist Di-2-ethylhexylphosphorsäure (DEHPA) in der Extraktionstechnologie von Seltenen Erden und Yttrium seit der 1957 erfolgten Veröffentlichung von Peppard, et al. (D. F. Peppard, et al., J. Inorg. Nucl. Chem. 4: 334, 1957) häufig verwendet worden. DEHPA wurde auch 1959 bei Trennungen großer Mengen der Spaltprodukte von Seltenen Erden und ⁹⁰Y im Oak Ridge Nationalen Labor (Oak Ridge National Laboratory) verwendet. Ein Verfahren im kleineren Maßstab für Millicuriemengen von ⁹⁰Y wurde im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) (N. Case, et al., ORNL Radioisotope Manual, U.S.A.E.C. Report ORNL-3633, TID 4500, 30. Auflage, Juni 1964) von 1962 bis 1990 verwendet. Dieses Verfahren wurde später zur Verwendung bei der Reinigung von Reagenzien modifiziert und wird nun kommerziell zur Zuführung von ⁹⁰Y verwendet (J. A. Patridge, et al., J. Inorg. Nucl. Chem. 31: 2587–89, 1969; und Lane A. Bray, et al., US-Patent Nr. 5,512,256, 30. April 1996).
Eine andere phosphororganische Verbindung, 2-Ethylhexyl-2-ethylhexylphosphonsäure (EHEHPA), wurde auch von Peppard entwickelt (D. F. Peppard, et al., J. Inorg. Nucl. Chem. 18: 245, 1961 und J. Inorg. Nucl. Chem. 27: 2065, 1965). Dieses Extraktionsmittel wurde häufig verwendet, um Yttrium, andere Seltene Erden und dreiwertige Actinoide zurückzugewinnen, weil es leicht mit verdünnter Säure entfernt wurde. Mehrere Forscher haben von einer spezifischen Bevorzugung von EHEHPA gegenüber DEHPA zur Yttriumrückgewinnung berichtet (Y. Mori, et al., Proc. Symp. Solvent Extr. 119–24, Jpn. Assoc. Solvent Extr. Hamamatsu, Japan, 1984; K. Inoue, et al., Nippon Kogyo Kaishi, 102: 491–4, 1984; D. Li, et al., Intern. Solvent Extr. Conf. (proc.) 3: 80–202, 1980; D. Li, et al., New Frontiers in Rare Earth Science and Applications, 1: 463–67, 1985; und P. V. Achuthan, et al., Separation Science and Technology, 35: 261–270, 2000).
Die Verwendung von neutralen phosphororganischen Verbindungen zur Rückgewinnung und Reinigung von Uran, Actinoiden und Seltenen Erden begann in den 1950er Jahren (J. C. Warf, J. Am. Chem. Soc. 71: 3257, 1949) mit Tri-n-butylphosphat (TBP). Andere Extraktionsmittel mit Phosphingruppen wurden in den 1960-70er Jahren mit etwas Erfolg getestet. Die Arbeit am Argonne National Laboratory (R. C. Gatrone, et al., Solvent Extr. und Ion Exch. 5: 1075–1116, 1987) beim Entwickeln mehrerer Verbindungen vom Carbamoylmethylphosphinoxidtyp führte zu einer Klasse von Extraktionsmitteln zum Entfernen von dreiwertigen, vierwertigen und sechswertigen Ionen aus Salpetersäurelösungen. Mehrere Aufsätze vom Argonne National Laboratory und aus der UdSSR im Zeitraum von 1980–83 legten auch die Verwendung dieser Art von Extraktionsmittel dar (D. G. Kalina, et al. Sep. Sci. Technol. 17: 859, 1981; T. Y. Medved, et al., Acad. Sci. U.S.S.R., Chem. Series, 1743, 1981; E. P. Horwitz et al., Sep. Sci. Technol. 17: 1261, 1982; M. K., Chmutova, et al., Sov. Radiochem. Eng. Transl. 24: 27, 1982; E. P. Horwitz, et al., Proceedings ISEC'83 1983; M. K. Chmutova, et al., J. Radioanal. Chem. 80: 63, 1983; A. C. Muscatello, et al., Proceedings ISEC'83, S. 72, 1983; E. P. Horwitz, et al., Solvent Extr. Ion Exch. 3: 75, 1985; W. W. Shultz, et al., J. Less-Common Metals, 122: 125, 1986; J. N. Mathur, et al., Talanta, 39: 493–496, 1992; J. N. Mathur, et al., Waste Management, 13: 317–325, 1993). Wenn dieses Verfahren verwendet wird, werden die Ionen als Metallnitrate aus einer Salpetersäurelösung extrahiert. Die Extraktionsmittel, die mit den Ionen geladen sind, werden dann mit verdünnten Säuren oder Salzlösungen (0,01–0,1 N) zurück extrahiert, welches bewirkt, dass die Ionen aus dem Extraktionsmittel entfernt werden, wodurch einfache Rückgewinnung ohne Einkochen der Säuren ermöglicht wird.
Wie vorstehend angemerkt wird ²⁰¹Tl durch Zerfall (Elektroneneinfang) seines Mutterisotops ²⁰¹Pb hergestellt. ²⁰¹Pb wird allgemein in einem Cyclotron durch Bestrahlung von ²⁰³Tl mit ~30 MeV-Protonen erzeugt (²⁰³Tl(p, 3n)²⁰¹Pb). Trennung von ²⁰¹Tl von den bestrahlten Zielen wird traditionsgemäß in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst wird radioaktives Blei von den ²⁰ ³Tl-Zielen getrennt, und nach einem optimalen Wartezeitraum zum Sichentwickelnlassen wird die akkumulierte ²⁰¹Tl-Tochter von den Mutterbleiisotopen getrennt. Von verschiedenen Verfahren zum Durchführen der Trennung ist berichtet worden. E. Lebowitz, et al., J. Nucl. Med., 16: 151–155 (1975), beschreibt zum Beispiel ein Herstellungsverfahren, bei welchem zuerst ein EDTA-Komplexierungsmittel, Hydrazinsulfat und eine Ionenaustauschsäule werden verwendet, um die Bleiaktivitäten von den Thalliumzielen zu trennen. Als nächstes wird eine Anionenaustauschsäule verwendet, um das ²⁰¹Tl⁺³ zu halten (oxidiert durch NaClO) und die Bleiaktivitäten eluieren zu lassen. Schließlich wird die ²⁰¹Tl-Aktivität dann mit der heißen Hydrazinsulfat-Lösung eluiert, wobei Tl⁺³ zu Tl⁺¹ reduziert wird. S. M. Qaim et al., Int J. Appl. Radiat. Isot., 30: 85–95, 1979, berichtete von einem Verfahren zum quantitativen Ausfällen der trägerfreien Bleiaktivitäten zuerst durch Fe(OH)₃, gefolgt von einer Abtrennung von ²⁰¹Tl auf einer Anionenaustauschsäule. M. D. Kozlova, et al., Int J. Appl. Radiat. Isot., 35: 685–687, 1984, berichtete von einem Verfahren, das das Mitausfällen der Bleiaktivitäten als Strontiumsulfat einschließt, gefolgt von der Lösungsmittelextraktion unter Verwendung von Butylacetat und dem Zugeben einer KBrO₃-Lösung. J. L. Q. de Britto, et al., J. Radioanal. Nucl. Chem. Letters, 96: 181–186, 1985, berichtete von einer Trennung, die auf den Eigenschaften einer Ionenaustauschharzsäule mit einer chelatbildenden Carbonsäure beruht, welche bei einem pH-Wert von 4,5 Blei zurückhält, während Thallium leicht eluiert wird. Sowohl J. A. Campbell, et al., (J. Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals, 13: 437–443, 1977) als auch M. C. Lagunas-Solar, et al. (Int J. Appl. Radiat. Isot., 33: 1439–1443, 1982) schlugen vor, das Dowex 50W-X8-System zu verwenden, um Blei und Thallium(I)-Ionen zu absorbieren, während Thallium(III)-Ionen durch 0,005 N Salzsäure, die 0,1% Chlorgas enthält, eluiert wird. Diese Verfahren neigen alle dazu, zeitaufwendig, gefährlich, und kostspielig zu sein.
Um zur Verwendung in radiopharmazeutischen Produkten geeignet zu sein, ist es für das Radioisotop auch allgemein wichtig, von den Mutterverbindungen in einem hohen Reinheitsgrad getrennt zu werden. Zum Beispiel sollte für Produkte, die ⁹⁰Y enthalten, die Menge von ⁹⁰Sr unter 10^–6 Ci pro Ci ⁹⁰Y gehalten werden. Kontamination durch andere Metalle wie Fe, Cu, Zn und Ca sollte auch verringert werden, weil die fremden metallischen Ionen mit Y⁺³ um die Chelat bildenden Mittel konkurrieren können, die in den pharmazeutischen Produkten verwendet werden können. Viele verschiedene Verfahren zur Trennung der Radioisotope leiden jedoch unter unvollständiger Trennung und/oder Kontamination durch andere Metalle. Dementsprechend kann der Stand der Technik kein einfaches Trennungsverfahren zur Herstellung von Qualitätsradioisotopen bereitstellen, die diese Kriterien erfüllen.
Viele der bekannten Verfahren weisen auch wegen Strahlungsschäden der Materialien und Vorrichtungen, die bei der Trennung verwendet werden, Unzulänglichkeiten beim Scale Up des Trennungsverfahrens auf. Zum Beispiel offenbart J. S. Wike, et al., Appl. Radiat. Isot., 41: 861–865, 1990 ein Trennverfahren unter Verwendung von DEHPA in Dodecan, um ⁹⁰Y zu extrahieren. Die Komplexität des Verfahrens, welches das wiederholte Entfernen des organischen Extraktionsmittels einschließt, führt jedoch zu der Akkumulation von Radiolyseprodukten des Extraktionsmittels entweder in der ⁹⁰Sr-Stammlösung oder dem ⁹⁰Y-Produkt. Es wird angenommen, dass sowohl das DEHPA als auch die Radiolysefragmente des organischen Extraktionsmittels bewirken, dass ⁹⁰Y an der Wand der Glasbehälter haftet, die bei dem Verfahren verwendet werden, was schlechte Rückgewinnung von ⁹⁰Y zur Folge hat. Dementsprechend kann dieses Verfahren kein einfaches ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Trennungsverfahren zur Herstellung von Qualitäts-⁹⁰Y in hohen Ausbeuten bereitstellen.
Horwitz, et al., US-Patent Nr. 5,368,736 offenbart ein anderes Trennungsverfahren, das in der Lage ist, einen hohen Dekontaminationsfaktor von ⁹⁰Y herzustellen. Dieses Verfahren schließt das Immobilisieren von Strontium-selektiven Extraktionsmitteln von hydrophober Kronenethercarbonsäure an polymerem Harz ein, um nach dem Durchfließen eines ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Gemisches durch die Kronenethersäule ⁹⁰Sr selektiv von ⁹⁰Y zu entfernen. Der ⁹⁰Y-Abfluss wird weiterhin mittels Harz gereinigt, das mit einem Seltene-Erden-selektivem Extraktionsmittel imprägniert ist, welches ein Gemisch von Octyl-(phenyl)-N,N-diisobutylcarbamoylmethylphosphinoxid (CMPO) und Tributylphosphat (TBP) ist. Das vorstehende Trennungsverfahren vermeidet die Verwendung eines organischen Lösungsmittels, erfordert aber mindestens drei Strontium-selektive Säulen zur vollständigen Retention von ⁹⁰Sr, was sein Potential für Mehrfachcurie-Scale Up begrenzen kann. Außerdem erfordert dieses Verfahren zwischen der Kronenether- und der CMPO-/TBP-Säule eine pH-Wert-Einstellung und eine Volumenkonzentration von ⁹⁰Y, was das Verfahren für die Mehrfachcuriemenge weiter verkompliziert.
Ein anderes vorhandenes kommerzielles Verfahren zum Liefern von ⁹⁰Y schließt die Extraktion von ⁹⁰Y aus einem Gemisch von ⁹⁰Y und ⁹⁰Sr unter Verwendung eines DEHPA-Lösungsmittelextraktionsverfahrens ein, das hohe Konzentrationen von HNO₃ oder HCl (8–10 N) erfordert, um ⁹⁰Y zu entfernen. Wenn die überschüssige Säure verdampft wird, rekombiniert ⁹⁰Y mit Spurenmengen (1–2 mg/l) DEHPA zum ⁹⁰Y-Produkt, was den Verlust des Produktes auf Glaswaren (J. S. Wike, et al., J. Appl. Radiat. Isot., 41: 861–5, 1990) und im Versandbehälter zur Folge hat. Die Rekombination von ⁹⁰Y mit Spurenmengen von DEHPA kann auch Niederschläge und unvollständiges Markieren des Zielmoleküls mit ⁹⁰Y zur Folge haben. Folglich hat der Stand der Technik kein einfaches ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Trennverfahren zur Erzeugung von Qualitäts-⁹⁰Y in hohen Ausbeuten bereitstellen können.
Was erforderlich ist, ist ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur einfachen, kostengünstigen Trennung der Ionen metallischer Elemente in wässriger Lösung und insbesondere zur Trennung der Radioisotope von ihren Mutterverbindungen. Zum Beispiel kann ein Verfahren verwendet werden, um ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr zu trennen, um ⁹⁰Y-Ionen mit verbesserter Reinheit, Konzentrationen und Ausbeuten zur Verwendung in der Strahlentherapie bereitzustellen. Das Verfahren sollte auch nicht die Verwendung eines organischen Lösungsmittels erfordern, sollte das Ablassen von flüssigem Abfall minimieren und auch den Abfall der radioaktiven Mutterverbindung minimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Trennung der Ionen metallischer Elemente in wässriger Lösung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Ionenaustauschers, der ein Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat umfasst, das mit einem hydrophoben Chelat bildenden Extraktionsmittel imprägniert ist. Das Extraktionsmittel ist eines, das bei einem ausgewählten pH-Wert eine größere Affinität für Ionen eines ersten metallischen Elements als für Ionen eines zweiten metallischen Elements, das vom ersten Element verschieden ist, aufweist. Dieses Verfahren bringt ferner den Schritt des Bereitstellens einer Lösung mit sich, die Ionen des ersten und des zweiten metallischen Elements umfasst, und des In Kontakt Bringens des Ionenaustauschers mit der Lösung bei dem ausgewählten pH-Wert für eine Zeit, die ausreicht, dass Ionen des ersten Elements daran gebunden werden.
In einer anderen Ausfühungsform der Erfindung wird eine Trennungssäule zur Trennung von metallischen Elementen bereitgestellt. Die Trennungssäule umfasst:

(a) ein Gehäuseteil mit sowohl einem Einlass als auch einem Auslass;
(b) einen Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet, der ein Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat umfasst, das mit einem hydrophoben Chelat bildenden Extraktionsmittel imprägniert ist, das bei einem ausgewählten pH-Wert eine größere Affinität für Ionen eines ersten metallischen Elements als für Ionen eines zweiten metallischen Elements aufweist; und
(c) eine Lösung mit dem ausgewählten pH-Wert, die Ionen des ersten und des zweiten metallischen Elements umfasst.

Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein ²⁰¹Tl-Generator, umfassend:

(a) ein Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass;
(b) einen Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet.

Der Ionenaustausch umfasst Kohlenstoff- oder Graphitfasern, die mit einem sauren phosphororganischen Extraktionsmittel, wie DEHPA, EHEHPA oder Di(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinsäure (DTMPPA), imprägniert sind. Der Ionenaustauscher umfasst ferner Ionen von ²⁰¹Pb, die an das Extraktionsmittel gebunden sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein ⁹⁰Y-Generator bereitgestellt. Dieser Generator umfasst:

(a) eine erste Säule, umfassend:
(1) ein erstes Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass;
(2) einen ersten Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet, wobei der erste Ionenaustauscher ein saures phosphororganisches Extraktionsmittel umfasst;
(3) eine Beschickungslösung innerhalb des ersten Gehäuseteils und in Kontakt mit dem ersten Ionenaustauscher, wobei die Beschickungslösung ⁹⁰Sr-Ionen umfasst und einen pH-Wert von 1,5 bis 2,5 aufweist; und
(b) eine zweite Säule, umfassend:
(1) ein zweites Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Einlass der zweiten Säule in Fließverbindung mit dem Auslass der ersten Säule steht;
(2) einen zweiten Ionenaustauscher, der sich innerhalb des zweiten Gehäuseteils befindet, wobei der zweite Ionenaustauscher ein neutrales oder bifunktionelles phosphororganisches Extraktionsmittel umfasst, das auf einem Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat adsorbiert ist.

Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung sind bei Durchsicht der vorliegenden Anmeldung für den Fachmann leicht ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zahlreichen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung können durch den Fachmann durch Bezugnahme auf die dazugehörige ausführliche Beschreibung und der folgenden Zeichnung besser verstanden werden, bei welcher:
1 eine schematische Zeichnung eines Verfahrens zur Trennung von ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt verbesserte Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Trennung der Ionen metallischer Elemente in wässriger Lösung bereit, wodurch verhältnismäßig reine Proben der gewünschten metallischen Elemente zur Verwendung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen in einer breiten Zahl von Industriezweigen, die den Bergbau, die Umweltdekontamination, die pharmazeutische Industrie einschließen, und in der Behandlung und Diagnose einer Krankheit bereitstellt werden, um nur einige zu nennen. Die Trennung der Ionen wird mit der Verwendung von Ionenaustauschern erreicht, die vorzugsweise Ionen von einem Element binden, während Ionen eines anderen Elements in Lösung bleiben. Wie hier verwendet, bedeutet „Trennung" und „Trennen", dass mindestens etwa 90%, vorzugsweise mehr als etwa 90%, stärker bevorzugt mehr als etwa 95% und noch stärker bevorzugt mehr als etwa 99% der Ionen eines metallischen Elements, das in der wässrigen Lösung vorliegt, durch den Ionenaustauscher aus der Lösung entfernt werden kann, während mindestens etwa 90%, vorzugsweise mehr als etwa 90%, stärker bevorzugt mehr als etwa 95% und noch stärker bevorzugt mehr als etwa 99% der Ionen eines anderen, unterschiedlichen metallischen Elements in der wässrigen Lösung bleiben. In den bevorzugten Ausführungsformen können Lösungen hergestellt werden, in welchen eine Trennung von mehr als etwa 10⁴, stärker bevorzugt von mehr als etwa 10⁶ und noch stärker bevorzugt von etwa 10⁸ erreicht werden kann. Mit anderen Worten, wenn die Trennung von ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung als Beispiel genommen wird, ist es möglich, eine Probe von gereinigtem ⁹⁰Y zu erhalten, in welcher das ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Verhältnis vorzugsweise kleiner als etwa 10^–6 und stärker bevorzugt kleiner als etwa 10^–8 ist.
In vielen Anwendungen werden die Verfahren und die Vorrichtung verwendet, um die metallischen Elemente zu trennen, die zu verschiedenen Gruppen im langen Periodensystem gehören. Jedoch können die Verfahren ebenso angepasst werden, die Elemente zu trennen, die zur selben Gruppe gehören. Gruppen im langen Periodensystem schließen die Hauptgruppenelemente, die die Gruppen IA, IIA, IIIB, IVB, VB, VIB einschließen, Übergangsmetalle, die die Gruppen IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB und IIB einschließen, Lanthanoide, die Elemente mit der Kernladungszahl 57 bis 71 einschließen, Actinoide ein, die Elemente mit der Kernladungszahl 89 bis 103 einschließen. Folglich schließen geeignete Elemente, welche unter Verwendung der Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung getrennt werden können, zum Beispiel Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, Ac, Ku, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf Es, Fm, Md, No und Lw ein.
Um derartige Ziele zu erreichen, macht die vorliegende Erfindung Gebrauch von hydrophoben Chelat bildenden Extraktionsmitteln. Geeignete Extraktionsmittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen ein: saure phosphororganische Extraktionsmittel, z.B. DEHPA, EHEHPA und DTMPPA; neutrale phosphororganische Extraktionsmittel, zum Beispiel TBP und Tri-n-octylphosphinoxid (TOPO), bifunktionelle phosphororganische Extraktionsmittel, z.B. CMPO und N,N,N',N'-Tetraoctyl-3-oxamentandiamid (TOGDA); basische Extraktionsmittel, z.B. Tri-n-octylamin (TOA) und Tricaprylmethylammoniumchlorid. Andere Extraktionsmittel, die dem Fachmann bekannt sind, können auch verwendet werden, einschließlich Hydroxyoxime, zum Beispiel 5,8-Diethyl-7-hydroxy-6-dodecanoxim und 2-Hydroxy-5-nonylacetophenonoxim, Kronenether, zum Beispiel Di-t-butyldicyclohexano-18-krone-6 und Dithiosemicarbazon.
In der vorliegenden Erfindung wird das hydrophobe Chelat bildende Extraktionsmittel auf ein Substrat adsorbiert, um einen Ionenaustauscher bereitzustellen. In bevorzugten Ausführungsformen befindet sich der Ionenaustauscher in einer Säule. Die Säule weist mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass auf. In Zweisäulensystemen, die nachstehend vollständiger beschrieben sind, kann ein Auslass der ersten Säule in Fließverbindung mit einem Einlass der zweiten Säule stehen. Zusätzliche Einlässe und/oder Auslässe können ebenso in einer oder beiden Säulen vorliegen, um Waschlösungen, überschüssige Beschickungslösungen und dergleichen zuzufügen oder zurückzugewinnen.
Obwohl eine breite Vielzahl von verschiedenen Substraten, die zur Verwendung in einem Ionenaustauscher geeignet sind, auf dem Fachgebiet bekannt ist, haben die Erfinder entdeckt, dass die Substrate, die Kohlenstoff und Graphit umfassen, für die Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet sind. Während es nicht zur Beschränkung der Erfindung ausgelegt werden sollte, wird angenommen, dass die hydrophobe Wechselwirkung zwischen den vorstehend ausgeführten Extraktionsmitteln und den Kohlenstoff- oder Graphitsubstraten besonders stark ist, und den Chelat bildenden Teil der Extraktionsmittel nicht behindert. Es wird auch angenommen, dass die Kohlenstoff- und Graphitsubstrate hohe Stabilität in starken Säuren und Basen aufweisen, und beständiger gegen Strahlungsfelder als andere Arten von Substraten sein können, die vorliegen können, wenn die Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um radioaktive metallische Elemente zu trennen.
Eine Vielzahl derartiger Kohlenstoff- und Graphitsubstrate kann verwendet werden, einschließlich Pressgraphit und -kohlenstoff, glasartiger (glasähnlicher) Kohlenstoff, pyrolytischer Graphit und Kohlenstoff, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffverbundstoffen und Kohlenstoff- und Graphitpulver und -teilchen. Ein gewöhnliches Substrat für hydrophobe Extraktionsmittel sind kohlenstoffbeschichtete anorganische Materialien, die durch Zersetzung von organischen Verbindungen in einem Gasstrom mit einer Temperatur von 600°C hergestellt werden, wie ZrO₂. Es ist nahegelegt worden, dass das Binden von organischen Ionophoren an kohlenstoffbeschichtetes ZrO₂ nicht nur hydrophobe Anziehung einschließt, sondern auch elektronische (π-π) Wechselwirkung des organischen Ionophors mit der planaren Graphitstruktur einschließt (Paul T. Jackson et al., Anal. Chem. 69: 416–425, 1997). Diese starke Bindung verhindert das Auslaugen des organischen Ionophors viel besser als es mit polymeren Matrizen, wie Chromosorb oder XAD-Adsorptionsmitteln oder Materialien, die mit vernetztem Polybutadien beschichtet sind, beobachtet wird.
Es wurde festgestellt, dass reine Kohlenstoff- oder Graphitfasern, die bei > 1500°C erzeugt wurden, ein sehr gutes Substrat für die meisten hydrophoben Extraktionsmittel bereitstellen, die allgemein in der Lösungsmittelextraktion der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, die Kohlenstoff- oder Graphitsubstrate verwenden. In bevorzugten Ausführungsformen liegen die Kohlenstoff- oder Graphitfasern in Form von Kohlenstoff- oder Graphitfilz vor. Vorzugsweise wird dieser Kohlenstoff oder Graphitfilz ohne anderes Substrat verwendet. Die geringe Schüttdichte von etwa 50 mg/cm³ und die große Fläche (geschätzt bei 30–40 m²/g) dieses Produktes, sowie die Fähigkeit, phosphororganische Extraktionsmittel selektiv zu binden, erlaubt es, Säulen herzustellen, die bei hohen Fließgeschwindigkeiten, zum Beispiel von etwa 1 bis etwa 10 ml/cm²/min, mit guter Leistung betrieben werden können. Außerdem ist der Filz einfach zu schneiden und in Säulen zu packen, ist einfach zu wiegen und adsorbiert spezifische Mengen an phosphororganischen Extraktionsmitteln vorhersagbarer als pulverförmige oder granulierte Materialien.
Kohlenstoff- oder Graphitfilz, der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann von gewerblichen Verkäufern (zum Beispiel von Fiber Materials, Inc.. Biddeford, Me) in Form von 1/8-Zoll dicken Bahnen erhalten werden. Diese flexiblen Filzmaterialien geringer Dichte werden durch Karbonisierung und Graphitbildung von langen, organischen Rayonfilamenten mit kleinem Durchmesser bei 2300°C hergestellt, um ein Graphitfilz mit einer Reinheit von > 99,7% herzustellen. Dieses Material weist nur ppm-Mengen an Cu- und S-Verunreinigungen auf. Vorlaugen mit HNO₃-Lösungen entfernt diese Verunreinigungen. Der Filz wird bei 110°C getrocknet und dann mit den gewünschten Extraktionsmitteln in Methanollösungen beladen. Nach dem Trocknen an der Luft wird der Graphitfilz unter Verwendung eines Trimmers in kreisförmige Kissen mit einem Durchmesser geschnitten, der gleich oder etwas größer als der Durchmesser der Säule ist. Mehrere Graphitfilzkissen, zum Beispiel etwa 5 bis etwa 15 oder mehr in Abhängig von der Größe der Säule, können in jeder Säule verwendet werden und etwas zusammengedrückt werden, um etwaige Hohlräume zu entfernen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch entdeckt, dass die Affinität von verschiedenen chemischen phosphororganischen Extraktionsmitteln für verschiedene metallische Elemente pH-abhängig ist. Zum Beispiel weisen organische Phosphorsäuren der allgemeinen Formel (RO)₂P(O)(OH), wie DEHPA, organische Phosphonsäuren der allgemeinen Formel (RO)RP(O)(OH), wie EHEHPA, und organische Phosphinsäuren des allgemeinen Formel R₂P(O)(OH), wie DTMPPA, bei verhältnismäßig geringen Säurekonzentrationen eine bemerkenswerte Affinität für ⁹⁰Y auf und können folglich verwendet werden, um unter diesen Bedingungen ⁹⁰Y aus ⁹⁰Sr zu extrahieren. In ähnlicher Weise haben wir festgestellt, dass DEHPA bei einem pH-Wert von größer oder gleich 2,5 eine Affinität für ²⁰¹Pb aufweist, und kann folglich verwendet werden, um in einer Lösung mit einem derartigen pH-Wert ²⁰¹Pb leicht von ²⁰¹Tl zu trennen. In Gegenwart von konzentrierten Säurelösungen verlieren jedoch die sauren phosphororganischen Extraktionsmittel ihre Affinität für diesen Ionen. Folglich kann eine konzentrierte Säurelösung, wie eine konzentrierte Lösung von Salzsäure, Perchlorsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, verwendet werden, um Ionen zu eluieren, die bei einem höheren pH-Wert an das Extraktionsmittel gebunden wurden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „konzentriert", wenn er hinsichtlich einer Säure verwendet wird, auf eine Lösung mit einer Säurekonzentration von mindestens etwa 4 N.
Im Gegensatz dazu haben wir festgestellt, dass andere phosphororganische Verbindungen, wie CMPO und TBP, viel höhere Säurekonzentrationen erfordern, um ⁹⁰Y zurückzuhalten. Folglich wird in einer konzentrierten Säurelösung ⁹⁰Y an CMPO gebunden, und das gebundene ⁹⁰Y kann dann vom Extraktionsmittel in Gegenwart einer verdünnten Säurelösung eluiert werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „verdünnt", wenn er hinsichtlich einer Säurelösung verwendet wird, auf eine Lösung mit einer Säurekonzentration von kleiner als etwa 0,1 N. Die Entdeckung dieser einzigartigen chemischen Eigenschaften hat den Erfindern der vorliegenden Erfindung erlaubt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, um ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr zu trennen, wobei das Verfahren keine Konzentrations-(Verdampfungs-) und Säure-Einstellungen zwischen der Säulentrennung von ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr erfordert.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Extraktionsmittel verwendet, das bei einem auswählen pH-Wert eine größere Affinität für Ionen von einem metallischen Element als zu einem zweiten metallischen Element, das gegebenenfalls zu einer anderen Gruppe des langen Periodensystems gehört, aufweist. Wie hier vorzugsweise verwendet, bedeutet „größere Affinität", dass die Affinität des Extraktionsmittels zu Ionen des ersten metallischen Elements, verglichen mit der Affinität für Elemente des zweiten metallischen Elements, größer als etwa 10:1, vorzugsweise größer als etwa 100:1, stärker bevorzugt größer als etwa 1000:1 und noch stärker bevorzugt größer als etwa 10,000:1 ist.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird das erste metallische Element aus dem Extraktionsmittel durch eine Lösung mit einem zweiten pH-Wert eluiert, bei welchem das Extraktionsmittel im Wesentlichen keine Affinität für Ionen des ersten metallischen Elements aufweist. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen keine Affinität", dass bei einem solchen pH-Wert mindestens etwa 75% aller gebundenen Ionen eluiert werden. Vorzugsweise werden bei einem solchen pH-Wert mindestens etwa 85% aller gebundenen Ionen eluiert, und stärker bevorzugt werden mindestens etwa 95% aller gebundenen Ionen eluiert. In den besonders bevorzugten Ausführungsformen werden mehr als etwa 95% und sogar mehr als etwa 99% aller gebundenen Ionen eluiert.
Wenn die Beladung der Säule mit Substrat, das mit Extraktionsmittel imprägniert ist, zu niedrig ist, kann unzureichende Bindung des ersten metallischen Elements auftreten. Wenn die Beladung zu schwer ist, kann das Ergebnis unvollständige Elution vom Extraktionsmittel sein. Am meisten bevorzugt wird die Säule mit Substrat beladen, das mit Extraktionsmittel imprägniert ist, um mehr als 99% Retention des ersten metallischen Elements bei dem selektiven pH-Wert und mehr als etwa 97% Elution des ersten metallischen Elements beim zweiten pH-Wert bereitzustellen. Die Beladungskonzentration des Extraktionsmittels wird für jedes Extraktionsmittel experimentell bestimmt, variiert aber typischerweise von etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gramm Extraktionsmittel pro Gramm Graphitfilz. Zum Beispiel beträgt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die optimale Beladung für EHEHPA etwa 0,1 Gramm pro Gramm Kohlenstoff- oder Graphitfilz und beträgt für CMPO etwa 0,25 Gramm/Gramm Kohlenstoff- oder Graphitfilz. In dieser Ausführungsform erlaubt EHEHPA auf Graphitfilz bei pH 1,5–2,5 ⁹⁰Y aus ⁹⁰Sr als Sr(NO₃)₂-Lösung bei pH 1,75–2,0 mit einer 3/8-Zoll-Säule mit > 99% Rückgewinnung und einer 10⁴-Trennung von ⁹⁰Sr rückzugewinnen, wobei < 1% ⁹⁰Y nach Elution mit konzentrierten HNO₃-Lösungen auf der Säule bleibt. Es wurde festgestellt, dass DEHPA auf Graphitfilz auf eine ähnliche Art und Weise wie EHEHPA verwendet werden könnte, aber eine stärker konzentrierte Säure erfordert, um das ⁹⁰Y zu eluieren. Die Bestimmung der optimalen Beladungsmengen für andere Extraktionsmittel und andere Substrate kann durch den Fachmann leicht bestimmt werden.
Es ist auch festgestellt worden, dass Kohlenstoff- oder Graphitfilz ein geeignetes Substrat für bifunktionelle phosphororganische Extraktionsmittel, wie CMPO, ist. Das CMPO wird in Methylalkohol gelöst und auf dem Substrat getrocknet. Kohlenstoff- oder Graphitfasern binden das CMPO fest, und TBP wird nicht benötigt, um das CMPO zurückzuhalten. In einem Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Säule mit einem Durchmesser von 0,325 Zoll (8 mm), die aus 15 Graphitfilzkissen mit einer Dicke von 1/8 Zoll hergestellt wird, die mit 0,2 bis 0,25 Gramm CMPO pro Gramm Kohlenstoff- oder Graphitfilz beladen sind, zu einer Länge von etwa 1,25 Zoll zusammengedrückt. Es gibt sehr wenig Durchflusswiderstand, wenn ⁹⁰Y in einer 8 N HNO₃-Lösung beladen wird und mit einer Gesamtmenge von etwa 30 ml 8 N HNO₃ gewaschen wird. Die Säule wird mit der Pumpe trocken gezogen. Weil der imprägnierte Filz sehr hydrophob ist, wird Wasser wirksam von der Säule entfernt. Das ⁹⁰Y wird mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,5 ml/Minute mit einem Minimum an Elutionsmittel, 3–8 ml, eluiert. In der Praxis werden etwa 15 ml verwendet. Das Elutionsmittel wird durch eine kleine Säule (Durchmesser von 0,325 Zoll, Länge von 1,0 Zoll) von XAD-4 geleitet, um das Entfernen jedes organischen Stoffs sicherzustellen, und in Reihe mit einem 0,45 Mikron-Filter filtriert, um alle Teilchen zu entfernen. Elutionsmittel, die auf diese Art und Weise erfolgreich verwendet wurden, schließen verdünnte Salzsäure, zum Beispiel 0,05 N HCl, verdünnte Salpetersäure, zum Beispiel etwa 0,01 bis etwa 0,05 N HNO₃, Wasser, 0,9% NaCl und verschiedene Konzentrationen von Ammoniumacetatlösung ein. Viele andere Elutionsmittel, die mit biochemischen Lösungen verträglich sein würden, können ebenso verwendet werden.
Folglich kann in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Generatorsystem, das zwei Säulen umfasst, die mit organischem Extraktionsmittel gepackt werden, Yttrium-90 von Stronium-90 trennen. Das Chromatographie-Extraktionssystem, das im Generator verwendet wird, besteht aus einer Ionenaustauschsäule, die saure phosphororganische Extraktionsmittel, wie DEHPA, EHEHPA oder DTMPPA enthält, in Fließverbindung mit einer zweiten Säule, die einen zweiten Ionenaustauscher enthält, der ein bifunktionelles phosphororganisches Extraktionsmittel, wie CMPO, oder ein neutrales phosphororganisches Extraktionsmittel, wie TBP (Tri-n-butylphosphat) umfasst. Leichter poröser chemisch inerter Kohlenstoff- oder Graphitfilz wird verwendet, um das organische Extraktionsmittel zu absorbieren und als Säulenmatrix zu dienen. Beim Trennverfahren wird etwa 0,2 M ⁹⁰Sr(NO₃)₂-Nitratlösung bei etwa pH 1,75 auf eine EHEHPA-Säule geladen. ⁹⁰Sr-Ionen laufen sofort durch, aber ⁹⁰Y-Ionen werden zurückgehalten. Die ⁹⁰Sr-Lösung wird zur ⁹⁰Y-Zunahme zur nachfolgenden Trennung in einem Abschirmbehälter gesammelt und gelagert. Nach Waschen mit Salpetersäurelösung bei einem pH-Wert von etwa 1,75 wird das ⁹⁰Y mit einer konzentrierten Säure, wie etwa 8 N HNO₃, eluiert und auf die zweite Säule geleitet, die in Reihe geschalten ist. Die eluierten ⁹⁰Y-Ionen werden auf dem zweiten Ionenaustauscher in der zweiten Säule zurückgehalten und werden ferner mit zusätzlicher konzentrierter Säure gewaschen. Die ⁹⁰Y-Ionen werden dann mit einer verdünnten Säure, wie etwa 0,01 N HNO₃, oder einem Ammoniumacetatpuffer eluiert. Sowohl pH 1,75 als auch 8 N Salpetersäure-Waschlösungen werden von allem restlichen ⁹⁰Sr getrennt. Der Dekontaminationsfaktor für jede Säule ist größer als etwa 10⁴. Das ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Verhältnis im zweiten Eluat liegt zum Zeitpunkt des Produktionsdatums im Bereich von etwa 10^–8. Es ist gezeigt worden, dass das ⁹⁰Y, das aus der vorstehenden Trennung erhalten wird, von hoher chemischer und Radionuklid-Reinheit ist und kann zum Markieren von zielgerichteten Molekülen verwendet werden, die Chelate, wie EDTA, DTPA und DOTA, tragen.
Andere saure phosphororganische Extraktionsmittel, wie DEHPA und DTMPPA, wurden auch getestet, um ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr zu trennen. Die Trennung von ⁹⁰Y von ⁹⁰Sr könnte bei einem pH-Wert von etwa 1, etwa 2 und etwa 3 erreicht werden, wenn DEHPA, EHEHPA beziehungsweise DTMPPA verwendet werden würde, was mit der Säurestärke von DEHPA, EHEHPA und DTMPPA übereinstimmt.
Die Elution der ⁹⁰Y-Aktivität von der Säule war quantitativ ähnlich, ungeachtet dessen, welches organische Extraktionsmittel verwendet wurde. Es ist auch bevorzugt, etwa 8 N HNO₃ zu verwenden, um ⁹⁰Y von einer EHEHPA-Säule zu eluieren und sie auf einer CMPO-Säule zurückzuhalten, da jede weniger konzentrierte HNO₃ etwas Verlust von ⁹⁰Y in beiden Säulen zur Folge haben kann.
Es gibt mehrere Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten Extraktionsverfahren auf diesem Gebiet. Erstens ist die Kontaktzeit zwischen der ⁹⁰Y-Aktivität und dem organischen Extraktionsmittel kurz, wobei folglich die radiolytische Spaltung des organischen Extraktionsmittels beseitigt wird. Zweitens ist Graphitfilz wegen hoher Beständigkeit sowohl gegenüber chemischer als auch Strahlenschädigung ein besseres Absorptionsmittel als das polymere Harz. Drittens ist die Trennung ein kontinuierliches Verfahren, weil EHEHPA ⁹⁰Y etwa bei pH 1,75 HNO₃ zurückhält und CMPO ⁹⁰Y mit konzentrierter HNO₃ zurückhält, und es gibt keine pH-Einstellung und Volumenkonzentration zwischen den beiden organischen Extraktionssäulen, welches die Verfahrenszeit weiter verringert. Viertens ist kein organisches Lösungsmittel in das offenbarte Verfahren eingeschlossen, und es wird auch viel weniger wässriger radioaktiver Abfall erzeugt.
Die Qualität von ⁹⁰Y, das aus dem vorstehenden Verfahren erhalten wurde, ist für therapeutische Anwendungen geeignet. Der Dekontaminationsfaktor sowohl der EHEHPA- als auch der CMPO-Säule liegt in der Größenordnung von etwa 10⁴, und das gesamte Verfahren kann einen Dekontaminationsfaktor von etwa 10⁸ erreichen. ICP-Analysen zeigen eine geringe Metallionenkontamination. Die radiochemische Reinheit der ⁹⁰Y-Radioaktivmarkierung eines von DOTA abgeleiteten biologischen Moleküls ist gleich der der gewerblichen ⁹⁰Y-Aktivität.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein Generatorsystem und ein Verfahren zum Bereitstellen von ²⁰ ¹Tl ein. Wie vorstehend diskutiert, kann ²⁰¹Tl durch radioaktiven Zerfall von ²⁰¹Pb bereitgestellt werden. Wir haben entdeckt, dass saure phosphororganische Extraktionsmittel, wie DEHPA, EHEHPA und DTMPPA, bei einem pH-Wert von größer als oder gleich etwa 2,5 eine starke Affinität für ²⁰¹Pb, aber nicht für ²⁰¹Tl, aufweisen. Folglich wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, die eine Chromatographiesäule umfasst, die ein saures phosphororganisches Extraktionsmittel enthält, das auf einem Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat imprägniert ist, wie anderswo hier beschrieben ist. Wenn mit einer Lösung von ²⁰¹Pb mit einem pH-Wert von größer als oder gleich etwa 2,5 beladen wird, wird ²⁰¹Pb auf der Säule zurückgehalten. Wenn ²⁰¹Tl durch den Zerfall des Mutterisotops erzeugt wird, wird es vom Extraktionsmittel in die Lösung freigegeben. Das System wird für einen Zeitraum zerfallengelassen, der ausreicht, um einen vorherbestimmten Teil von ²⁰¹Tl bereitzustellen, und wird dann mit einer wässrigen Lösung mit einem pH-Wert von größer als oder gleich etwa 2,5 gewaschen. Geeignete Waschungen schließen unter anderem Wasser, verdünnte Salzsäure oder Salpetersäure oder jede bioverträgliche Pufferlösung ein. Vorzugsweise wird eine etwa 0,9% NaCl-Lösung bei einem pH-Wert von etwa 5,5 verwendet. Die Wirksamkeit dieses Generatorsystems und die Tatsache, dass ²⁰¹Tl mit H₂O oder 0,9% NaCl einfach eluiert werden kann, stellen einen Vorteil gegenüber jedem vorher beschriebenem Generatorsystem zur ²⁰¹Tl-Herstellung bereit.
BEISPIELE
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter dargelegt. Alle Beispiele sind tatsächliche Beispiele. Die Beispiele dienen dem Zweck der Veranschaulichung und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
Beispiel 1, Trennung von ⁹⁰Y aus einem 17 mCi ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Generator
Nach einer 2 Wochen langen ⁹⁰Y-Entwicklung wurde 0,2 M Sr(NO₃)₂ pH 1,75, das 17 mCi ⁹⁰Sr enthielt, mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,0 ml/min auf eine EHEHPA-Säule (0,1 g/g Graphitfilz) geladen. Die eluierten ⁹⁰Sr-Ionen wurden in einem Abschirmbehälter gesammelt. Die adsorbierten ⁹⁰Y-Ionen wurden mit 30 ml HNO₃ pH 1,75 mit 2,0 ml/min gewaschen. Die ersten 3 ml der Waschung wurden zu der ⁹⁰Sr-Lösung zugegeben, und die verbleibende Waschlösung wurde zum Rückgewinnen von restlichem ⁹⁰Sr in einer separaten Abfallflasche gesammelt. 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um das adsorbierte ⁹⁰Y mit 0,5 ml/min von der EHEHPA-Säule auf eine CMPO-Säule (0,25 g/g Graphitfilz) zu eluieren. Zusätzliche 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um die CMPO-Säule zu waschen. 15 ml 0,01 N HNO₃ mit 0,5 ml/min wurden verwendet, um ⁹⁰Y zu eluieren, und 15,77 mCi wurden gesammelt. Die 8 N HNO₃ Beladungs- oder Waschlösungen enthielten kein ⁹⁰Y mehr.
Beispiel 2, Trennung von ⁸⁵Sr
0,2 M Sr(NO₃)₂ pH 1,75, das 2,22 mCi ⁸⁵Sr enthielt, wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,0 ml/min auf eine EHEHPA-Säule (0,1 g/g Graphitfilz) geladen. 2,17 mCi ⁸⁵Sr wurden eluiert und in einem Abschirmbehälter gesammelt. Die EHEHPA-Säule wurde mit 30 ml HNO₃ pH 1,75 mit 2,0 ml/min gewaschen, die ersten 3 ml der Waschung wurden gezählt und enthielten 0,047 mCi ⁸⁵Sr (~2%); 0,0021 mCi (~0,1%) in der nächsten 12 ml-Waschung und 0,0002 mCi (~0,01%) in der folgenden 15 ml-Waschung. 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um die EHEHPA-Säule mit 0,5 ml/min auf eine CMPO-Säule (0,25 g/g Graphitfilz) zu eluieren. Zusätzliche 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um die CMPO-Säule zu waschen. Schließlich wurden 15 ml 0,01 N HNO₃ mit 0,5 ml/min verwendet, um die CMPO-Säule zu eluieren. Es gab keine nachweisbare ⁸⁵Sr-Aktivität in den CMPO-Säule-Waschungen.
Beispiel 3, Trennung von ⁹⁰Y
0,2 M Sr(NO₃)₂ pH 1,75, das 1,31 mCi ⁹⁰Y enthielt, wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,0 ml/min auf eine EHEHPA-Säule (0,1 g/g Graphitfilz) geladen. Die Sr(NO₃)₂-Lösung wurde gesammelt und enthielt kein ⁹⁰Y. Das adsorbierte ⁹⁰Y auf der EHEHPA-Säule wurde mit 30 ml HNO₃ pH 1,75 mit 2,0 ml/min gewaschen. Die Waschlösung enthielt kein ⁹⁰Y. 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um das adsorbierte ⁹⁰Y mit 0,5 ml/min von der EHEHPA-Säule auf eine CMPO-Säule (0,25 g/g Graphitfilz) zu eluieren. Zusätzliche 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um die CMPO-Säule zu waschen. Weder die Beladung noch die 8 N HNO₃-Waschung enthielt ⁹⁰Y. 15 ml 0,5 M Natriumacetat pH 6 mit 0,5 ml/min wurden verwendet, um die 1,0 mCi von gesammeltem ⁹⁰Y zu eluieren.
Beispiel 4, Trennung von ⁹⁰Y aus einem 6,5 Ci ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Generator
Nach einer 1 Woche langer ⁹⁰Y-Entwicklung wurde 0,2 M Sr(NO₃)₂ pH 1,75, das 6,5 Ci ⁹⁰Sr enthielt, mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,0 ml/min auf eine EHEHPA-Säule (0,1 g/g Graphitfilz) geladen. Das eluierte ⁹⁰Sr wurde in einem Abschirmbehälter gesammelt. Das adsorbierte ⁹⁰Y wurde mit 30 ml HNO₃ pH 1,75 mit 2,0 ml/min gewaschen. 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um das adsorbierte ⁹⁰Y mit 0,5 ml/min von der EHEHPA-Säule auf eine CMPO-Säule (0,25 g/g Graphitfilz) zu eluieren. Zusätzliche 15 ml 8 N HNO₃ wurden verwendet, um die CMPO-Säule zu waschen. 15 ml 0,01 N HNO₃ mit 0,5 ml/min wurden verwendet, um ⁹⁰Y zu eluieren, und 4,9 Ci wurden gesammelt. Das Verhältnis von ⁹⁰Sr zu ⁹⁰Y im Produkt betrug ~10^–8.
Beispiel 5, Extraktion von Tl-201 mit DEHPA-Säule
DEHPA (10 Kissen, Durchmesser 0,325'', 0,6 g/g Graphit) wurde in eine 0,75'' × 2,75''-Glassäule gepackt und im Anschluss daran mit 5 ml pH 2,5 konditioniert und mit 5 ml Luft trockengeblasen. 200 μCi ²⁰¹Tl wurden zu 10 ml pH 2,5 Salpetersäure zugegeben. Der pH-Wert der ²⁰¹Tl-Lösung wurde gemessen und mit NaOH auf pH 2,5 eingestellt. Es gab kein ²⁰¹Tl, das nach 10 ml Beladen, gefolgt von einer Waschung mit 10 ml Wasser mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 ml/min, die mit einer peristaltischer Pumpe gepumpt wurde, auf der Säule zurückgehalten wurde. Auf der Säule wird bei einem anderen pH-Wert, wie 3, 4 und 5, kein ²⁰¹Tl zurückgehalten.
Beispiel 6, Extraktion von Pb-203 mit DEHPA-Säule
DEHPA (10 Kissen, Durchmesser 0,325'', 0,6 g/g Graphit) wurde in eine 0,75'' × 2,75''-Glassäule gepackt und im Anschluss daran mit 5 ml pH 2,5 Salpetersäure konditioniert und mit 5 ml Luft trockengeblasen. 80 μCi ²⁰³Pb wurden zu 10 ml pH 2,5 Salpetersäure zugegeben, der pH-Wert der ²⁰³Pb-Lösung wurde gemessen und mit NaOH auf pH 2,5 eingestellt. ~80 μCi ²⁰³Pb wurden nach 10 ml Beladen, gefolgt von einer Waschung mit 10 ml Wasser mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 ml/min, die mit einer peristaltischer Pumpe gepumpt wurde, auf der Säule zurückgehalten. Ähnliche Ergebnisse wurden bei einem anderen pH-Wert, wie 3, 4 und 5, gesehen. Weniger als 80 μCi ²⁰³Pb wurden auf der Säule adsorbiert, wenn der pH-Wert kleiner als 2 ist.
Beispiel 7, Elution der Tochter Tl-201 aus dem Tl-201-Generator
Ein ²⁰¹Tl-Generator wurde durch Beladen von 20 ml pH 2,5 Salpetersäure, die ein Aliquot einer bestrahlten ²⁰³Tl-Ziellösung enthielt, auf eine DEHPA-Säule (10 Kissen, Durchmesser 0,325'', 0,6 g/g Graphit), gefolgt von Waschen der Säule mit 20 ml Wasser hergestellt. Die Fließgeschwindigkeit wurde bei der Säulenherstellung bei 2 ml/min gehalten. Die bestrahlte ²⁰³Tl-Ziellösung umfasst 20 μl ²⁰¹Pb-Lösung (~2,38 mCi Pb-201, bestimmt durch Ge (Li)). 18 Stunden später wurden 221 μCi ²⁰ ¹Tl in 40 ml Wassereluat gesammelt. Weitere 24 Stunden später wurden 56 μCi ²⁰¹Tl in 40 ml Wassereluat von demselben Generator gesammelt.

Claims

Verfahren zum Trennen von Ionen von metallischen Elementen in wässriger Lösung, umfassend: Bereitstellen eines Ionenaustauschers, umfassend ein Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat, das mit einem hydrophoben Chelat bildenden Extraktionsmittel imprägniert ist, das bei einem ausgewählten pH-Wert eine größere Affinität für Ionen eines ersten metallischen Elements als für Ionen eines zweiten metallischen Elements aufweist, wobei das erste Element von dem zweiten Element verschieden ist; Bereitstellen einer Lösung, umfassend Ionen des ersten und zweiten metallischen Elements; und In Kontakt Bringen des Ionenaustauschers mit der Lösung bei dem ausgewählten pH-Wert für eine Zeit, die ausreicht, dass mindestens ein Teil der Ionen des ersten metallischen Elements daran gebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat Kohlenstoff- oder Graphitfasern in Form von Kohlenstoff- oder Graphitfilz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hydrophobe Chelat bildende Extraktionsmittel ein saures phosphororganisches Extraktionsmittel, ausgewählt aus DEHPA, EHEHPA und DTMPPA, ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste metallische Element ²⁰¹Pb ist und das zweite metallische Element ²⁰¹Tl ist, wobei das saure phosphororganische Extraktionsmittel DEHPA ist und der pH-Wert der wässrigen Lösung größer als oder gleich 2,5 ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste metallische Element ⁹⁰Y ist und das zweite metallische Element ⁹⁰Sr ist, wobei das saure phosphororganische Extraktionsmittel EHEHPA ist und der pH-Wert der wässrigen sauren Lösung 1,5 bis 2,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Herstellens eines Eluats durch Eluieren mindestens eines Teils der Ionen des ersten metallischen Elements von dem Ionenaustauscher mit einer zweiten Lösung mit einem zweiten pH-Wert, bei dem der Ionenaustauscher im Wesentlichen keine Affinität für die Ionen des ersten metallischen Elements aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste metallische Element ⁹⁰Y ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt des in Kontakt Bringens des Eluats mit einem zweiten Ionenaustauscher, wobei der zweite Ionenaustauscher ein zweites phosphororganisches Extraktionsmittel umfasst, das eine Affinität für Ionen des ersten metallischen Elements bei dem zweiten pH-Wert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Ionenaustauscher ein Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat umfasst, das mit einem bifunktionellen phosphororganischen Extraktionsmittel, einem neutralen phosphororganischen Extraktionsmittel oder einem Gemisch davon imprägniert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das zweite Extraktionsmittel aus CMPO und TBP ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat Kohlenstoff- oder Graphitfasern in Form von Kohlenstoff- oder Graphitfilz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des in Kontakt Bringens des Eluats mit einem zweiten Ionenaustauscher, umfassend CMPO, das auf Kohlenstoff- oder Graphitfilz adsorbiert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Herstellens eines zweiten Eluats durch Eluieren mindestens eines Teils der Ionen des ersten metallischen Elements von dem zweiten Ionenaustauscher mit einer dritten Lösung mit einem dritten pH-Wert, bei dem der zweite Ionenaustauscher im Wesentlichen keine Affinität für Ionen des ersten metallischen Elements aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Herstellen eines zweiten Eluats durch Eluieren des ⁹⁰Y von dem zweiten Ionenaustauscher mit einer dritten Lösung, ausgewählt aus verdünnter Salpetersäure, verdünnter Salzsäure, Ammoniumacetatpuffer, etwa 0,9% NaCl und Wasser.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das ⁹⁰Sr/⁹⁰Y-Verhältnis in dem zweiten Eluat weniger als 10^–6 beträgt.
Trennsäulensystem zum Trennen von metallischen Elementen, umfassend: (a) ein Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass; (b) einen Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet, wobei der Ionenaustauscher ein Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat umfasst, das mit einem hydrophoben Chelat bildenden Extraktionsmittel, das bei einem ausgewählten pH-Wert eine größere Affinität für Ionen eines ersten metallischen Elements als für Ionen eines zweiten metallischen Elements aufweist, wobei das erste Element von dem zweiten Element verschieden ist; (c) eine Lösung mit dem ausgewählten pH-Wert, wobei die Lösung Ionen des ersten und zweiten metallischen Elements umfasst.
Trennsäulensystem nach Anspruch 16, wobei das Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat Kohlenstoff- oder Graphitfasern in Form von Kohlenstoff- oder Graphitfilz umfasst.
Trennsäulensystem nach Anspruch 16, wobei das hydrophobe Chelat bildende Extraktionsmittel ein saures phosphororganisches Extraktionsmittel, ausgewählt aus DEHPA, EHEHPA und DTMPPA, ist.
Trennsäulensystem nach Anspruch 18, wobei das erste metallische Ion ²⁰¹Pb ist und das zweite metallische Ion ²⁰¹Tl ist und der pH-Wert der wässrigen sauren Lösung größer als oder gleich 2,5 ist.
²⁰¹Tl-Generator, umfassend: (a) ein Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass; und (b) einen Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet, wobei der Ionenaustauscher Kohlenstoff- oder Graphitfasern umfasst, die mit einem sauren phosphororganischen Extraktionsmittels imprägniert sind, ausgewählt aus DEHPA, EHEHPA und DTMPPA, und der Ionenaustauscher ferner Ionen von ²⁰¹Pb umfasst, die an das Extraktionsmittel gebunden sind.
²⁰¹Tl-Generator nach Anspruch 20, ferner umfassend: (c) eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert größer als oder gleich 2,5 innerhalb des Gehäuseteils und in Kontakt mit dem Ionenaustauscher, wobei die wässrige saure Lösung ²⁰¹Tl enthält, das durch radioaktiven Zerfall des ²⁰¹Pb erzeugt wurde.
⁹⁰Y-Generator, umfassend: (a) eine erste Säule, umfassend: (1) einen ersten Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass; (2) einen ersten Ionenaustauscher, der sich innerhalb des Gehäuseteils befindet, wobei der erste Ionenaustauscher ein saures phosphororganisches Extraktionsmittel umfasst, das auf einem Kohlenstoff- oder Graphitsubstrat adsorbiert ist; (3) eine Beschickungslösung innerhalb des ersten Gehäuseteils und in Kontakt mit dem ersten Ionenaustauscher, wobei die Beschickungslösung ⁹⁰Sr-Ionen umfasst und einen pH-Wert von 1,5 bis 2,5 aufweist; und (b) eine zweite Säule, umfassend: (1) einen zweiten Gehäuseteil mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Einlass der zweiten Säule in Fließverbindung mit dem Auslass der ersten Säule steht; (2) einen zweiten Ionenaustauscher, der sich innerhalb des zweiten Gehäuseteils befindet, wobei der zweite Ionenaustauscher ein neutrales oder bifunktionelles phosphororganisches Extraktionsmittel umfasst.
⁹⁰Y-Generator nach Anspruch 22, wobei der erste Ionenaustauscher EHEHPA umfasst, das auf Kohlenstoff- oder Graphitfasern adsorbiert ist, und der zweite Ionenaustauscher CMPO umfasst, das auf Kohlenstoff- oder Graphitfilz adsorbiert ist.