JP4734451B2 - 放射性フッ素アニオン濃縮装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイクロトロンで加速した陽子を［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水に照射することで得られる¹⁸Ｆ^-イオンを［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から分離し、¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液を製造する放射性フッ素アニオン濃縮装置に関するものである。

放射性トレーサー化合物を使用する医療診断法の中で、ＰＥＴ（ポジトロン放出断層撮影法）診断に使用される放射性核種は半減期が短いものが多く、例えば¹⁸Ｆ^-イオンの半減期は約１１０分である。これらの放射性核種を効率よくトレーサー化合物に導入して放射化するためには、時間を節約した作業が必要である。

また、¹⁸Ｆ^-イオンの原料となる［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水は高価であり、ＰＥＴ診断のコストダウンのためには再利用を行いたいという要望がある。
使用する放射性核種の短寿命のためにＰＥＴ等で利用できる時間は限られており、¹⁸Ｆで標識された化合物の合成は、分単位での時間短縮と高い合成率が同時に要求されている。

［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から¹⁸Ｆ^-イオンを分離し、分離した¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液を製造する方法は二種類存在する（従来方法１及び２）。
従来方法１としては、陰イオン交換樹脂を充填したカラムに¹⁸Ｆ^-イオンを含む［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水を通し、樹脂上に¹⁸Ｆ^-イオンを捕捉させて［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水を分離する方法である。捕捉された¹⁸Ｆ^-イオンを、炭酸カリウム水溶液を使用して水溶液中に再溶出させて回収する。回収した水溶液を減圧濃縮し、完全に水を除いた後に有機反応で使用する有機溶媒を用いて¹⁸Ｆ^-イオンを溶解し、¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液を得る。このとき加える有機溶媒の量によって¹⁸Ｆ^-イオンの濃度を調節することができる。

従来方法２としては、グラッシーカーボン棒状電極に¹⁸Ｆ^-を捕捉し、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から有機溶媒へ溶媒交換する方法である。この方法で¹⁸Ｆ^-を分離した［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水は、溶出した有機物を含むことが無いため再利用できることが期待できる。［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液から¹⁸Ｆ^-イオンを分離する装置が特許文献１及び非特許文献１において報告されている。

この装置の基本構造は非特許文献１に詳細に記述されている。グラッシーカーボン棒状電極とプラチナ電極を有するセルを用い、グラッシーカーボン棒状電極を陽極として電圧を印加することによって¹⁸Ｆ^-イオンを電極上に析出させ、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から¹⁸Ｆ^-イオンを分離する。そして、陽極上へ析出させた¹⁸Ｆ^-イオンを有機溶媒（ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ））に回収して、¹⁸Ｆ^-イオンと有機化合物の反応を行っている。
なお、非特許文献２は、グラファイト状カーボン電極と白金電極の組み合わせについて、グラファイト状カーボン電極上に¹⁸Ｆ^-イオンを析出させる手法を初めて報告したものである。

特表２００５−５１９２７０号公報 Appl. Radiat. Isot. 2006 (64) 989-994. Appl. Radiat. Isot. 1989 (40) 1-6.

従来方法１の場合、イオン交換樹脂による［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水と¹⁸Ｆ^-イオンの分離は速やかに行うことができるが、イオン交換樹脂から回収した¹⁸Ｆ^-イオンを有機溶媒に溶解させるまでに作業が多く、要する時間が長くなる。また、作業が多くなることで、使用する装置と試薬の種類及び量が多くなる。また、このとき分離した［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水は、イオン交換樹脂から微量の有機物が溶出するため、再利用することができない。

従来方法２の場合、上述の文献で使用されているセルはバッチ処理用のセルであるため、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水をフローさせながらグラッシーカーボン棒状電極へ¹⁸Ｆ^-イオンを捕捉することはできず、一度に処理できる［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水の量はセル内に充填できる量と同じ程度しかない。また、セルに¹⁸Ｆ^-イオンを捕捉する際に、グラッシーカーボン棒状電極に印加する電圧を２０Ｖ程度にした場合、捕捉に要する時間は約８分間となる。また、グラッシーカーボン棒状電極から¹⁸Ｆ^-イオンを含んだ溶液を回収する際の時間は約５分間かかる。
さらに、得られる¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液の体積は、¹⁸Ｆ^-イオンを含有した［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水の体積に対して数分の１程度にしか濃縮できず、濃縮率はあまり高くない。

そこで本発明は、迅速に高効率で¹⁸Ｆ^-イオンを濃縮することができる放射性フッ素アニオン濃縮装置及びそれを用いた方法を提供することを目的とする。
具体的には、（１）［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から¹⁸Ｆ^-イオンを分離し、有機溶媒溶液に¹⁸Ｆ^-イオンを回収する操作に要する時間を従来方法１，２と比較して短縮すること、（２）¹⁸Ｆ^-イオン含有［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水をフローで処理することにより、従来方法２と比較して、より多くの¹⁸Ｆ^-イオン含有［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水を処理できるようにすること、（３）従来方法２と比較して、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から¹⁸Ｆ^-イオンを分離する際に要する電圧を低くすること、及び（４）従来方法２と比較して、得られる¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液の体積を減少させて濃縮率を高めること、を目的とする。

本発明の放射性フッ素アニオン濃縮装置は、互いに平行に対向して配置された一対の平板電極のうち少なくとも一方がカーボン平板電極であり、両電極間が５００μｍ以下の間隔を取る流路になっており、上記流路には¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液が流されるフローセルと、上記平板電極間を接続して直流電圧を印加するとともにその極性を反転できるようにした電源と、上記流路に溶液を送液する送液装置と、を備えたものである。

上記カーボン平板電極として、グラッシーカーボン電極又はグラファイト電極を挙げることができる。実施例ではフローセルに用いるカーボン平板電極としてグラッシーカーボン電極とグラファイト電極をそれぞれ用いた。本発明はカーボンを含有する電極であれば実施可能である。

上記平板電極の一例として、平板電極の一方が絶縁平板基板上に金属材料が成膜された金属平板電極であるものを挙げることができる。金属材料としては、例えば白金、金、アルミニウム、タングステン、銅、銀、導体シリコン、チタン、クロムなどを挙げることができる。

上記平板基板間には、上記流路となる溝が切り抜かれた絶縁性シートが挟まれているようにしてもよい。その場合、平板電極に溝等の加工を施さなくても電極間に流路を形成できるので好ましい。

本発明の放射性フッ素アニオン濃縮方法は、本発明の放射性フッ素アニオン濃縮装置を用い、上記一対の平板電極のうち一方のカーボン平板電極を陽極として電圧を印加し、上記流路内に放射性核種である¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液を流すことで、¹⁸Ｆ^-イオンを上記カーボン平板電極へ捕捉する捕捉工程と、その後上記カーボン平板電極を陰極として電圧を印加し、上記流路内に回収用の溶液を流すことで、¹⁸Ｆ^-イオン又は¹⁸Ｆ^-イオンで標識された反応生成物を含んだ溶液を回収する回収工程と、を含むものである。

上記回収用の溶液の一例としては、¹⁸Ｆ^-イオン回収剤又は有機反応基質を含む溶液を挙げることができる。

本発明の放射性フッ素アニオン濃縮装置は、フローセルに組み込んだ電極間の距離を５００μｍ以下にすることで、低い電圧印加でも電極間の電位勾配は大きくなるため、¹⁸Ｆ^-イオンに作用する影響力が大きくなり、また、フローセルに組み込んだ流路の体積を数百μｍ以下の空間にすることで、流路体積に対するグラッシーカーボン電極の比表面積が大きくなる。そのため、（１）従来方法よりも短時間で、（２）多くの¹⁸Ｆ^-イオン含有の［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水を、（３）低い電圧で処理できるようになり、（４）得られる¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液の体積を減少させることで濃縮効率の向上も達成できるようになる。

一実施例における放射性フッ素アニオン濃縮装置の概略構成図である。 同実施例におけるフローセルの分解斜視図である。 ＰＤＭＳシートに成型される流路図の一例を示している。 ＰＤＭＳシートに成型される流路図の一例を示している。 ＰＤＭＳシートに成型される流路図の一例を示している。 ¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉実験の結果である。

符号の説明

１１ フローセル
１３ 電源
１５ 送液装置
１７ ドレイン
１９ 加熱装置
２１ 金属平板電極
２３ 絶縁シート
２５ グラッシーカーボン電極、グラファイト電極

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は一実施例における放射性フッ素アニオン濃縮装置の概略構成図である。
放射性フッ素アニオン濃縮装置は、フローセル１１と、フローセル１１に直流電圧を印加する電源１３と、フローセル１１に溶液を送液する送液装置１５から構成されている。フローセル１１に送液された溶液はドレイン１７に回収される。フローセル１１は温度調節装置としての加熱装置１９上に載置されている。

［フローセルの構成］
図２は同実施例におけるフローセル１１の分解斜視図である。
フローセル１１は、金属平板電極２１、絶縁性シート２３及びグラッシーカーボン電極２５が、絶縁性シート２３を間に挟んで両電極２１，２５の電極側が向き合うように配置されたものである。なお、図２は一方の電極をグラッシーカーボン電極、他方の電極を金属平板電極として構成しているが、両方の電極をグラッシーカーボン電極で構成してもよい。本発明のフローセル１１は、少なくとも一方の電極がカーボン電極で構成されていれば良い。

金属平板電極２１の一例は絶縁性の平板上に金属材料（例えば白金、金、アルミニウム、タングステン、銅、銀、導体シリコン、チタン、クロムなど）が成膜されたものである。絶縁性シート２３の一例は流路２６となる溝が切り抜かれたＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などのゴムシートである。絶縁性シート２３の厚さは、フローセルの使用条件にもよるが、１００μｍから５００μｍ程度が好ましい。また、フローセル１１は上面から固定用ジグ２７によって、下面から固定用ジグ２９によって固定されている。

金属平板電極２１には試料導入口３１及び試料排出口３３が設けられ、両口３１，３３は流路２６の両端と導通している。固定用ジグ２７にも試料導入口３１に対応した穴３５と試料排出口３３に対応した穴３７が設けられている。
電源１３は金属平板電極２１とグラッシーカーボン電極２５間を接続しており、両電極２１，２５間に直流電圧を印加するとともにその極性を反転させることができる。

［フローセルの作製］
図３Ａ〜図３Ｃは同実施例におけるＰＤＭＳシートに成型される流路図を示している。
フローセルは図２に示すようにチップ（平板電極２１，２５）及びそれを固定する治具（固定用ジグ２７，２９）から構成されている。なお、チップのサイズは一例として２５ｍｍ×４８ｍｍとした。

図３Ａの場合、試料導入口３１及び試料排出口３３に対応する流路２６の端部分の幅は２ｍｍで、流路２６の中央部分の流路幅は１６ｍｍである。図３Ｂの場合、流路２６の幅は４ｍｍである。図３Ｃの場合、流路の幅は２ｍｍである。なお、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃにおける流路２６の面積比は６：２：１である。
また、流路２６を形成するゴムシートとしてはＰＤＭＳシートを使用した。チップは、金属電極を成膜した石英部材からなる金属電極２１とグラッシーカーボン電極２５によりＰＤＭＳシートを上下から挟む形とした。

次に、フローセル１１に使用する部材の作製方法を以下に説明する。
白金を用いた金属平板電極２１は、２５ｍｍ×４８ｍｍの大きさにダイシングした厚さ１ｍｍの石英部材にスパッタ法により白金を成膜することにより作製した。グラッシーカーボン電極２５は２５ｍｍ×４８ｍｍ×１ｍｍの成型品を使用した。ＰＤＭＳシートはスピンコート法により１００μｍの厚みにしたものを作製し、カッティングプロッターを使用して、外形（縦幅２５ｍｍ×横幅４８ｍｍ）と流路２６のパターンを成型した。流路２６についての検討は後述する。

次にフローセルの組み立て手順を説明する。
（１）金属平板電極２１と流路２６を成型したＰＤＭＳシート２３を酸素プラズマ処理して表面を活性化した後、貼り合わせを行い、１２時間以上静置する。この処理により、金属平板電極２１とＰＤＭＳシート２３が固着する。
（２）グラッシーカーボン電極２５の表面と、上述の操作（１）で貼り付け作業を行ったＰＤＭＳシート２３の表面を、酸素プラズマ処理した直後に貼り合わせる。この処理により、絶縁性シート２３とグラッシーカーボン電極２５が固着する。

次に¹⁸Ｆ^-イオンの濃縮操作の手順を図１、２を参照しながら説明する。
［実施例１］
（１）フローセル１１の試料導入口３１から¹⁸Ｆ^-イオンを含む溶液を導入する。
（２）電源１３により金属平板電極２１とグラッシーカーボン電極２５間に電圧を印加し、グラッシーカーボン電極２５に¹⁸Ｆ^-イオンを捕捉する。
（３）フローセル１１の試料排出口３３から流路２６内の溶液を排出する。
（４）¹⁸Ｆ^-イオンの回収剤を含むアセトニトリルをフローセル１１内に充填し、グラッシーカーボン電極２５に印加する電圧は反転させる。これにより、¹⁸Ｆ^-イオンをグラッシーカーボン電極２５からアセトニトリルに回収する。

（５）¹⁸Ｆ^-イオンを含んだアセトニトリルを試料排出口３３からフローセル１１外に排出する。
（６）アセトニトリルを試料導入口３１からフローセル１１内に充填し、フローセル１１内を洗浄する。
（７）洗浄液（アセトニトリル）を試料排出口３３からフローセル１１外に排出する。
（８）アセトニトリル溶液による洗浄を２回行なう。
図１に示すフローセル１１を用いた場合、¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液は送液装置１５により流路２６内に流され、ドレイン１７により回収される。

次に同実施例１におけるフッ素濃縮実験の一例を図１、図２を参照しながら説明する。なお、フローセル１１の流路２６の形状としては図３Ｂに示した形状を用い、カーボン電極としてグラッシーカーボン電極２５を用いた。
［濃縮実験］
（１）［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液を送液装置１５（例えばシリンジポンプ）に導入し、送液量を５００μＬ／分に設定してシリンジポンプを使用してフローセル１１内に送液する。［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液として、１３５５μＣｉの¹⁸Ｆ^-イオンを含む２０００μＬを用いた。
（２）直流電源１３により、グラッシーカーボン電極２５に１０．０Ｖの電圧を印加する。

（３）［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液の送液が終了した後、圧縮ガスによってフローセル１１内の［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液をフローセル１１の外に押し出す。このとき、グラッシーカーボン電極２５に捕捉された¹⁸Ｆ^-イオンの量は１２３８μＣｉ（初期線量測定から２分経過）であった。

（４）フローセル内に０．３４ｍｇの4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo-[8,8,8]-hexacosane（Kryptofix 222（登録商標）、[Ｋ⊂2.2.2]₂ＣＯ₃）を含むアセトニトリル溶液１７．６μＬを充填し、直流電源１３の電圧極性を反転させて−３．３Ｖを印加し、加熱装置１９により８０℃で１分間加熱する。
（５）１分経過後、圧縮ガスによってフローセル１１内のアセトニトリル溶液をセル外に押し出して回収し、フローセル１１の流路２６内を１７．６μＬのアセトニトリル溶液で２回洗浄する。

［濃縮実験の結果］
図４は同実施例における¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉実験の結果である。
室温における¹⁸Ｆ^-イオンのグラッシーカーボン電極２５への捕捉率（％）を印加電圧とチップ内への溶液の流速（ｍｍ／秒）を変えながら検討した。
グラッシーカーボン電極２５への印加電圧を３．３Ｖ、６．７Ｖ、１０．０Ｖの３段階に変化させたところ、印加電圧が１０．０Ｖのときは捕捉率の目標とする９０％を超えた。そのため、本実施例では、¹⁸Ｆ^-イオンをグラッシーカーボン電極２５に捕捉する際には１０．０Ｖの電圧を印加する。
また、¹⁸Ｆ^-イオンをグラッシーカーボン電極２５から回収液に回収する際は、−３．３Ｖの電圧を印加し、８０℃で１分間加熱する条件を用いる。

上述の濃縮方法でアセトニトリル溶液中に回収できた¹⁸Ｆ^-イオンは１０３２μＣｉ（初期線量測定から４分経過）であった。なお、この時のフローセル１１の電極２１，２５間の距離は１００μｍである。

フローセル１１の電極２１，２５間の距離を５００μｍ以下、流路２６の体積を数１００μＬ以下のマイクロ空間にした場合、低い印加電圧でも電極２１，２５間の電位勾配を大きく保つことができ、１８Ｆ^-イオンに作用する静電力が大きくなった。これは、流路体積に対する電極の比表面積を大きくすることで、¹⁸Ｆ^-イオンに静電力が作用する領域を増加させたものと考えられる。

上述の実施例１に記載の方法では、２．０ｍＬの［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液の処理時間を約４分まで短縮することができ、従来よりも処理時間を短縮することができた。また、この時にグラッシーカーボン電極２５に捕捉できる¹⁸Ｆ^-イオンは［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液が含有する量の約９３％であり、充分な量であった。

グラッシーカーボン電極２５に析出させた¹⁸Ｆ^-イオンの内、約８４％はアセトニトリル溶液中に回収でき、この時の所要時間は約３分であった。
回収した¹⁸Ｆ^-イオン含有アセトニトリル溶液の体積は約５３μＬであり、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液中に存在した¹⁸Ｆ^-イオンの約７８％を含んでいる。
この結果、¹⁸Ｆ^-イオン濃度の変化率を計算すると、２０００／５３×０．７８≒２９となり、濃度は約２９倍に増加していることが確認された。

次に本発明の他の実施例における放射性フッ素アニオン濃縮装置について説明する。
［実施例２］
放射性フッ素アニオン濃縮装置の装置構成は、上述の図１及び図２に示した構成と同じであり、フローセル１１のカーボン平板電極としてグラファイト電極２５を用いている。
フローセル１１は、金属平板電極２１、絶縁性シート２３及びグラファイト電極２５が、絶縁性シート２３を間に挟んで両電極２１，２５の電極側が向き合うように配置されたものである。
なお、図２は一方の電極をグラファイト電極、他方の電極を金属平板電極として構成しているが、一方の電極をグラッシーカーボン電極、他方の電極をカーボン電極としてもよいし、両方の電極をカーボン電極で構成してもよい。

次に¹⁸Ｆ^-イオンの濃縮操作の手順を図１、２を参照しながら説明する。
（１）フローセル１１の試料導入口３１から流路２６内に¹⁸Ｆ^-イオンを含む溶液を導入する。
（２）電源１３により金属平板電極２１とグラファイト電極２５間に電圧を印加し、グラファイト電極２５に¹⁸Ｆ^-イオンを捕捉する。
（３）フローセル１１の試料排出口３３から流路２６内の溶液を排出する。
（４）¹⁸Ｆ^-イオンの回収剤を含むアセトニトリル溶液を試料導入口３１からフローセル１１内に充填し、グラファイト電極２５に印加する電圧は反転させる。これにより、¹⁸Ｆ^-イオンをグラファイト電極２５からアセトニトリルに回収する。

（５）¹⁸Ｆ^-イオンを含んだアセトニトリル溶液を試料排出口３３からフローセル１１外に排出する。
（６）アセトニトリルを試料導入口３１からフローセル１１内に充填し、フローセル１１内を洗浄する。
（７）洗浄液（アセトニトリル）を試料排出口３３からフローセル１１外に排出する。
（８）アセトニトリル溶液による洗浄を２回行なう。
図１に示すフローセル１１を用いた場合、¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液は送液装置１５により流路２６に流され、ドレイン１７により回収される。

次に同実施例２におけるフッ素濃縮実験の一例を図１、図２を参照しながら説明する。なお、フローセル１１の流路２６の形状としては図３Ｂに示した形状を用いた。
［濃縮実験］
（１）［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液を送液装置１５に導入し、送液量を５００μＬ／分に設定してシリンジポンプを使用してフローセル１１内に送液する。［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液として、７１７μＣｉの¹⁸Ｆ^-イオンを含む２０００μＬを用いた。
（２）直流電源１３により、グラファイト電極２５に１０．０Ｖの電圧を印加する。

（３）［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液の送液が終了した後、圧縮ガスによってフローセル１１内の［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液をフローセル１１の外に押し出す。このとき、グラファイト電極２５に捕捉された¹⁸Ｆ^-イオンの量は６１２μＣｉ（初期線量測定から２分経過）であった。

（４）フローセル内に０．３４ｍｇの4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo-[8,8,8]-hexacosane（Kryptofix 222（登録商標）、[Ｋ⊂2.2.2]₂ＣＯ₃）を含むアセトニトリル溶液１７．６μＬを充填し、直流電源１３の電圧極性を反転させて−３．３Ｖを印加し、加熱装置１９により８０℃で１分間加熱する。
（５）加熱から１分経過後、圧縮ガスによってフローセル１１内のアセトニトリル溶液をセル外に押し出して回収し、フローセル１１の流路２６内を１７．６μＬのアセトニトリル溶液で２回洗浄する。

［濃縮実験の結果］
上述の濃縮方法でアセトニトリル溶液中に回収できた¹⁸Ｆ^-イオンは３１３μＣｉ（初期線量測定から４分経過）であった。
上述の実施例２に記載の方法では、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液の処理時間を従来よりも処理時間を短縮することができた。
また、この時にグラファイト電極２５に捕捉できる¹⁸Ｆ^-イオンは［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水溶液が含有する量の約８５．３％であり、充分な量であった。
また、グラファイト電極２５に析出させた¹⁸Ｆ^-イオンの内、約５１．２％はアセトニトリル溶液中に回収できた。

次に、フローセル１１に用いる流路２６の形状について検討する。
［流路形状についての検討］
¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉効率はフローセル１１の電極面積が大きくなるほど高くなると予測されるので、図３Ａ〜図３Ｃに示す流路形状について電極面積比を６：２：１として３パターンで検討した。このときの流路体積は、それぞれ５０μＬ、１７．６μＬ、８．８μＬであった。また、グラッシーカーボン電極２５（図１及び図２参照。）への捕捉電圧を３．３Ｖ、溶液流量を２００μＬ／分、反応温度を室温という条件に設定して¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉率を求めた。

上述の条件で捕捉率を計算すると、図３Ａ及び図３Ｂの場合は８６％超となり、図３Ｃの場合は７０％程度となった。
そこで、図３Ａ〜３Ｃの流路パターンにおける¹⁸Ｆ^-イオン分布を確認するためにラジオグラフを撮像した（図示は省略）。その場合、図３Ａの結果からは流路内上部側面に気泡の存在が疑われ、¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉は流路前半部分でほとんど終了していることがわかった。
一方、図３Ｂ及び図３Ｃのラジオグラフを見ると、気泡の滞留は無く、流路全体で¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉を行なっていることが確認できた。

これらの結果から最も効率のよい流路パターンを検討したところ、図３Ａのパターンは¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉率に関しては良い結果を得たが、電極表面の一部しか捕捉に使用されておらず、気泡が存在することも確認された。そのため、上述の図４に示す結果においては除外した。また、図３Ｃの流路パターンは図３Ｂに比べて流路幅が狭く、捕捉率が低いため、実験条件にもよるが図４に示す結果においては除外した。
以上の結果から、図３Ｂの流路パターンを用いると最もよいと判断できるが、実験条件によっては図３Ａや図３Ｃのような流路パターンでも良い結果が得られると推測される。

本発明で作製したフローセルは、［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水と¹⁸Ｆ^-イオンの分離をフロー状態で行える構造にしており、任意の量の¹⁸Ｆ^-イオン含有［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水を１度に分離処理することができる。
また、任意の有機溶媒を流路内に流すことで溶媒交換が速やかに行え、イオン交換樹脂を使用する従来の技術よりも操作方法が簡便化している。

さらに、フローセル１１に組み込んだ電極２１，２５間の距離を５００μｍ以下にすることで、低い電圧印加であっても電極２１，２５間の電位勾配は大きくなるため、¹⁸Ｆ^-イオンに作用する静電力が大きく、捕捉に要する時間は短くなった。また、フローセル１１に組み込んだ流路２６の体積を数１００μＬ以下のマイクロ空間にすることと流路体積に対するカーボン電極２５の比表面積が大きくなるため、¹⁸Ｆ^-イオンの捕捉効率が向上した。
また、¹⁸Ｆ^-イオンを電極から回収する際に流路中に充填する有機溶媒の体積が小さくなるため、濃縮効率も向上した。

本発明は、サイクロトロンで加速した陽子を［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水に照射することで得られる¹⁸Ｆ^-イオンを［¹⁸Ｏ］Ｈ₂Ｏ水から分離し、¹⁸Ｆ^-イオンの有機溶媒溶液を製造するフローセルに利用することができる。

Claims (5)

1. 互いに平行に対向して配置された一対の平板電極のうち少なくとも一方がカーボン平板電極であり、前記平板電極間が５００μｍ以下の間隔を取る流路になっており、前記流路には¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］−Ｈ₂Ｏ水溶液が流されるフローセルと、
   前記平板電極間に挟まれ、前記平板電極間の間隔を規定する厚さをもち、前記流路となる溝が切り抜かれた絶縁性シートと、
   前記平板電極間をつないで直流電圧を印加するとともにその極性を反転できる電源と、
   前記流路に溶液を送液する送液手段と、
   を備えた放射性フッ素アニオン濃縮装置。
2. 前記カーボン平板電極はグラッシーカーボン電極又はグラファイト電極である請求項１に記載の放射性フッ素アニオン濃縮装置。
3. 前記平板電極の一方は絶縁平板基板上に金属材料が成膜された金属平板電極である請求項１又は２に記載の放射性フッ素アニオン濃縮装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の放射性フッ素アニオン濃縮装置を用い、
   前記一対の平板電極のうち一方のカーボン平板電極を陽極として電圧を印加し、前記流路内に放射性核種である¹⁸Ｆ^-イオンを含有する［¹⁸Ｏ］−Ｈ₂Ｏ水溶液を流すことで、¹⁸Ｆ^-イオンを前記カーボン平板電極へ捕捉する捕捉工程と、
   その後、前記カーボン平板電極を陰極として電圧を印加し、前記流路内に回収用の溶液を流すことで、¹⁸Ｆ^-イオン又は¹⁸Ｆ^-イオンで標識された反応生成物を含んだ溶液を回収する回収工程と、
   を含む放射性フッ素アニオン濃縮方法。
5. 前記回収用の溶液は¹⁸Ｆ^-イオン回収剤又は有機反応基質を含む溶液である請求項４に記載の放射性フッ素アニオン濃縮方法。

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