JP6338675B2 - 多官能吸着材及びその使用 - Google Patents

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Description

相互参照による援用
本出願は、オーストラリア仮出願第2013903629号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は相互参照により本明細書に援用される。
本発明は、吸着材に関し、それらを作製し、使用する方法に関する。
吸着材
溶液ベースの分離プロセスに使用される吸着材は、通常、目的の溶質を保持するための吸着選択性を示す。化学的、生化学的、放射化学的及び製薬学的分離は、以下の種類の吸着剤のいずれか1つ又は複数の使用に主として基づいている。
* 固体ポリマーマトリックス中にイオノゲン/イオン交換基を含むイオン対及びイオン交換吸着剤、
* ベアシリカ、アルミナ、FLORISIL(登録商標)(合成ケイ酸マグネシウム)、及びアミノ、シアノ若しくはジオール基等の極性基で化学修飾されたシリカを含む順相固相抽出(SPE)吸着剤、又は
* 固体シリカ担体に結合させたアルキル鎖を含む逆相SPE吸着剤、及び/又は
* 同じ固体担体に結合させたアルキル鎖とイオン交換基とを含むミックスモードSPE吸着剤。
アルミナ、シリカ及びイオン交換吸着剤を含む金属酸化物吸着剤は、放射化学的分離及び放射性同位体の製造に特に有用であり、単一及び混合金属酸化物並びに水和酸化物の数種の製造方法が公知である。官能基化シリカベースの吸着剤も逆相、イオン交換及びミックスモードSPE吸着剤として用いることができる。しかし、これらの吸着材は、吸着材の表面に存在する単一活性基に基づいているため、これらの多くは、単官能吸着剤として作用する。したがって、吸着剤の限定された吸着選択性及び同じ活性/官能基における溶液中の異なる溶質の高い吸着競合のため、そのような材料の分離への適用は限定されている。これは、目的の溶質に対する吸着剤の動的吸着容量も低下させ、結果として、吸着剤の同じ単一官能/活性基における異なる溶質の吸着競合が、吸着剤の過負荷のため分離プロセスの分離度を低下させ得る。所与の分離媒体中の単官能吸着剤の溶質選択性は、通常調節できず、これにより、分離プロセスが管理し難くなる。
当技術分野で公知の混合金属酸化物は、(a)金属酸化物の均一混合物(吸着剤のバルク塊中の官能金属酸化物の分子又は粒子の均一な分布)、又は(b)金属酸化物の不均一混合物(例えば、金属酸化物担体粒子の表面が単一若しくは混合官能金属酸化物で被覆されている場合及び/又は官能金属酸化物の粒子が金属酸化物マトリックス担体中に埋め込まれている場合)として存在し得る。これらの吸着剤は、官能基の大部分が架橋結合(-M-O-M-)nを介してバルク不活性粒子塊を形成するという不都合を有する。
当技術分野で公知の他の吸着材は、アルカリ溶液中のケイ素アルコキシドの加水分解又は酸性溶液中のケイ酸ナトリウムの加水分解により製造することができる、シリカの表面上に単官能有機基を被覆することによって合成される。これらの方法を用いて合成されたシリカ吸着剤は、一般的に300〜600m2/gの比表面積を有し、官能基を有する有機化合物との共有結合に利用できる表面シラノール基の数が限られているため限られた吸着容量を有する。そのようなシリカの比表面積を増加させ、その結果として接近可能なシラノール基の数を増加させるための努力がなされてきた。例えば、界面活性剤/規定剤鋳型メソ多孔性シリカは、1000m2/g又はそれ以上と高い比表面積を有し得る。しかし、鋳型剤を除去するために、脱水及び焼成工程が必要であり、これらの追加の工程により、ヒドロキシル基の数が減少し、シリカの疎水性が増大することがあり得る。これは、高い吸着容量の吸着剤を製造するために官能基を有する有機化合物を表面に結合させる困難につながり得る。したがって、そのような工程から焼成工程を除去する努力もなされた。しかし、そうすると、かなりの量の界面活性剤残留物が最終シリカ製品に見いだされ、吸着材としてのその有用性を減じる。
放射性核種の製造
今日、テクネチウム-99m放射性核種(99mTc)は、世界的に見て核医学における画像診断法の約85%において使用されている。99mTcは、その親放射性同位体モリブデン-99(99Mo)の放射性崩壊により生成する。現在のところ、99Moの世界的需要は、原子炉中で照射されたウラン-235の分裂により又はモリブデン-98を用いた中性子捕獲核反応により主として満たされている。しかし、中性子捕獲法で生成した99Moは、一般的に、分裂により生成した99Moのものよりも10,000倍低い比活性を有する。
製造の後、99Moは、次いで精製され、全世界の99Mo/99mTcジェネレータの製造業者に供給される。次いで99mTcは、これらの99Mo/99mTcジェネレータの形態で使用者に供給される。レニウム-188(188Re)も核医学処置及び治療に使用され、タングステン-188/レニウム-188(188W/188Re)ジェネレータから同様に得られる。
99Mo/99mTcジェネレータは、口語表現で「テクネチウムカウ」又は「モリカウ」として公知であり、99Moの放射性崩壊によりテクネチウムの準安定同位体(99mTc)を抽出するために用いられる装置である。モリブデン-99は、約66時間の半減期(t1/2)を有する。したがって、それは、その崩壊生成物99mTc(t1/2=6時間)が生理食塩水溶出により抽出されるラジオファーマシー(radiopharmacies)まで至る長距離を容易に輸送することができる。そのようなジェネレータにおいては、99Moが崩壊し、99mTcを生成し、これが食塩溶液によりジェネレータから溶出され、ナトリウムを対平衡カチオンとした、過テクネチウム酸イオン[99mTcO4]としての99mTcを含む食塩溶液をもたらす。
しかし、ジェネレータ充填材料(例えば、アルミナ、重合ジルコニウムチタン化合物吸着剤、硫酸化アルミナ、アルミニウム-硫酸化ジルコニア、ナノ結晶性ジルコニア、チタニア及びアルミナ並びに混合ジルコニウムチタン酸化物のセラミック吸着剤)の低い99Mo吸着容量及び/又は不十分な吸着脱着動態は、中性子捕獲プロセスから得られる低い比活性99Moを使用することの正当性を疑うものとなっている。その理由は、とりわけ、容認できる活性のジェネレータを製造するには大カラムが必要であり、ひいてはこれにより、患者に投与する量の99mTcを溶離するための大量の溶離剤が必要となるからである。溶離剤が大量になれば、99mTc-過テクネチウム酸の放射能濃度が、ほとんどの放射性医薬診断法に使用するのに容認できないほど低くなる。したがって、一般的に放射化学的分離に、特に医学的に有用な99mTc及び188Re放射性同位体の製造に用いられるジェネレータ充填材料は、更なる改善が必要である。更に、例えば放射性医薬診断法用の、適切な純度及び濃度を有するジェネレータ溶出液から娘放射性核種を得るための更なる精製及び/又は濃縮工程が必要である。
放射性同位体ジェネレータ食塩水溶出液からの娘放射性核種の前記濃縮の方法は、それぞれ99Mo/99mTc及び188W/188Reジェネレータシステムから99mTc及び188Reを得るために臨床診療で使用されてきた。そのような方法は、最初に188W/188Reジェネレータからの188Reの濃縮のために開発された。このシステムでは、ジェネレータ生理食塩水溶離剤が、塩化物アニオンを捕捉するAg形のカチオン交換樹脂の小カラムに最初に通され、その後、標的過レニウム酸([ReO4]-)又は過テクネチウム酸([TcO4]-)アニオンを特異的に捕捉するためのQMA(第四級メチルアンモニウム)アニオン捕捉カートリッジ等の吸着剤カラムに直列に通される。次いで放射性同位元素標識法への使用及び/又は注射の準備が整った少量の生理食塩水により標的アニオンが除去される。この目的のために現在使用されている吸着剤は、アルミナ、ジルコニア、イオン交換樹脂Dowex(登録商標)-1x8及びAG-1x8、DEAE(ジエチルアミノエチル)-セルロース吸着剤、Accell QMA Sep-Pak(登録商標)(表面官能基-C(O)NH(CH2)3N(CH3)3 +Cl-を有するシリカベースアニオン交換樹脂)及びBondElut(登録商標)SAX(表面官能基-Si(CH3)2-(CH2)3N(CH3)3 +Cl-を有するシリカベースアニオン交換樹脂)である。これらの吸着剤のすべてが単官能性であり、[99mTcO4]-及び[188ReO4]-イオンは、吸着材上の吸着部位に対して、溶液中の[99mTcO4]-及び[188ReO4]-イオンに常に付随する混入物イオン[99MoO4]2-、[188WO4]2-及びCl-と競合しなければならない。これにより、精製/濃縮プロセスの効果が低くなる。更に、生理的0.9%NaCl溶液中の[99mTcO4]-及び[188ReO4]-イオンの分配係数(Kd)値は、精製/濃縮プロセスを促進するように調整することができない。
99mTc及び188Reジェネレータの性能を改善し、溶出液中の99mTc及び/又は188Reの濃度を増加させるために、化学的及び放射化学的な精製、分離及び濃縮における新たな吸着剤の使用が必要とされている。したがって、本発明は、放射性同位体ジェネレータとともに使用し、且つ放射性同位体濃縮装置に入れる高吸着容量の吸着材を提供しようとするものである。
既存の吸着材の上文で概要を述べた不都合の1つ又は複数を少なくとも部分的に克服又は少なくとも改善することが本発明の目的である。
本発明の第1の態様によれば、
a)その表面上に複数のシラノール基を含む多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1であり、Rは上で規定した通りである)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解して、ヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が同じであってもよく、又は異なっていてもよく、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである、吸着材を製造する方法が提供される。各R'は、独立にアルキル、アリール、ジアルキルアミノ又はアシル基であり得る。
以下の選択肢は、個別に又はいずれか適切な組合せで第1の態様と併せて用いることができる。
工程d)及びe)は、1回実施することができるか、又は1〜10回反復することができる。一実施形態において、工程d)を工程e)の後に反復し、この場合、工程d)は、工程e)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程を含む。工程d)及びe)は、このような方法で、交互に1〜10回反復することができる。例えば、工程d)及びe)を1回反復する場合、第1の態様による方法は、工程a)、工程b)、工程c)、工程d)、工程e)並びに次に工程d)及びe)を再び含み得る。
工程a)で用いる多孔性シリカ基材は、約20〜約150Å2/OHの間のシラノール基密度を有し得る。それは、約2〜約10nmの間の平均細孔径を有し得る。それは、二峰性細孔径分布を有し得る。それは、細孔の第1の集団及び細孔の第2の集団を有し得る。細孔の第1の集団は、約2〜約6nmの間の平均径を有し得る。細孔の第2の集団は、約6〜約10nmの間の平均径を有し得る。細孔の第1の集団は、細孔の第2の集団と重複し得る。いくつかの実施形態において、細孔の第1の集団は、細孔の第2の集団と重複しない。工程a)の多孔性シリカ基材は、粒子状であり得る。それは、約100μm未満の平均粒径を有し得る。それは、約300〜約1000m2/gの比表面積を有し得る。
工程c)は、工程b)で形成した加水分解性基をほぼ化学量論量の水と反応させる工程を含み得る。工程e)は、工程d)で形成した加水分解性基をほぼ化学量論量の水と反応させる工程を含み得る。これは、加水分解性基をほぼ化学量論量の水又はほぼ化学量論量以下の水に曝露することを必要とし得る。
工程b)i)のケイ素化合物は、テトラアルコキシシランであり得る。工程b)ii)又は工程d)のアミノアルキルシランは、独立にアミノアルキルジアルコキシアルキルシラン又はアミノアルキルトリアルコキシシランであり得る。OR'基は、アルコキシ基であり得る。
工程b)及び工程d)の反応は、疎水性溶媒中で独立に行うことができる。疎水性溶媒は、水不溶性溶媒であり得る。
工程a)は、
A)ケイ酸塩の水溶液中のナノ粒子状物質の懸濁液を準備する工程と、
B)ゲルを形成するために前記水溶液を酸性化する工程と、
C)前記ゲルを加熱して、モノリスを形成する工程と、
D)前記モノリスから粒子状材料を形成する工程と、
E)粒子状材料からナノ粒子状物質を抽出するために前記粒子状材料を抽出溶液で処理する工程と
を含みうる。
工程A)のナノ粒子状物質は、二酸化マンガンゾルを含み得る。この場合、工程E)の抽出溶液は、シュウ酸等の還元剤を含み得る。
一実施形態において、
a)約20〜約150Å2/OHの間の表面シラノール密度、並びに約2〜約6nmの間の平均径を有する細孔の第1の集団及び約6〜約10nmの間の平均径を有する細孔の第2の集団を含む二峰性細孔径分布を有し、その表面上に複数のシラノール基を含む、多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解して、ヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が独立にアルキル、アリール、ジアルキルアミノ又はアシル基であり、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである、吸着材を製造する方法が提供される。
別の実施形態において、
a)その表面上に複数のシラノール基を含む多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解してヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が独立にアルキル、アリール、ジアルキルアミノ又はアシル基であり、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、
工程c)及び/又は工程e)における加水分解する工程が、工程b)及び/又は工程d)で形成した加水分解性基をほぼ化学量論量の水と反応させる工程を含み、工程b)及び/又は工程d)の反応を疎水性溶媒中で行う、吸着材を製造する方法が提供される。
更なる実施形態において、
a)
A)ケイ酸塩の水溶液中のナノ粒子状物質の懸濁液を準備する工程と、
B)ゲルを形成するために前記水溶液を酸性化する工程と、
C)前記ゲルを加熱して、モノリスを形成する工程と、
D)前記モノリスから粒子状材料を形成する工程と、
E)その表面上に複数のシラノール基を有する多孔性シリカ基材を製造するために粒子状材料からナノ粒子状物質を抽出するために前記粒子状材料を抽出溶液で処理する工程と
を含む、多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解してヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が独立にアルキル、アリール、ジアルキルアミノ又はアシル基であり、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、工程b)及び工程d)の反応を疎水性溶媒中で行う、吸着材を製造する方法が提供される。
更に別の実施形態において、
a)
A)ケイ酸塩の水溶液中の、二酸化マンガンゾルを含むナノ粒子状物質の懸濁液を準備する工程と、
B)ゲルを形成するために前記水溶液を酸性化する工程と、
C)前記ゲルを加熱して、モノリスを形成する工程と、
D)前記モノリスから粒子状材料を形成する工程と、
E)粒子状材料からナノ粒子状物質を抽出するために、並びに約20〜150Å2/OHの間の表面シラノール密度並びに約2〜約6nmの間の平均径を有する細孔の第1の集団及び約6〜約10nmの間の平均径を有する細孔の第2の集団を含む二峰性細孔径分布を有する多孔性シリカ基材を製造するために、前記粒子状材料を、シュウ酸を含む抽出溶液で処理する工程と
を含む、多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)工程b)で形成した加水分解性基をほぼ化学量論量の水と反応させる工程を含む、b)の生成物を加水分解してヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)工程d)で形成した加水分解性基をほぼ化学量論量の水と反応させる工程を含む、d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が独立にアルキル、アリール、ジアルキルアミノ又はアシル基であり、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、工程b)及び工程d)の反応を疎水性溶媒中で行い、工程d)及びe)を1〜10回反復する、吸着材を製造する方法が提供される。
本発明はまた、上記の第1の態様の方法により製造される吸着材を提供する。
本発明の第2の態様によれば、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材であって、前記オリゴマー鎖が交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含む、吸着材が提供される。
以下の選択肢は、個別に又はいずれか適切な組合せで第2の態様と併せて用いることができる。
各Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択することができる。各Mは、Si、Zr又はTiであり得る。例えば、各Mは、Siであり得、又は各Mは、Zrであり得、又は各Mは、Tiであり得る。一実施形態において、各Mは、Si、Zr又はTiからなる群から独立に選択される。別の実施形態において、各Mは、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される。更なる実施形態において、各Mは、Zr又はTiからなる群から選択される。オリゴマー鎖当たり少なくとも1つのMは、Siでなくてもよく、例えば、オリゴマー鎖当たりの各Mは、Siでなくてもよい。或いは、オリゴマー鎖当たりの各M原子は、Siであってもよく、又は鎖当たり少なくとも1つのMは、Siであってもよい。
吸着材における複数のオリゴマー鎖は、それぞれ同一であり得、又は吸着材における複数のオリゴマー鎖は、2つ以上の異なるオリゴマー鎖の混合物であり得る。各オリゴマー鎖が同一である場合、吸着材におけるすべてのオリゴマー鎖は、Siである少なくとも1つのMを含んでいてもよく、又はSiでない少なくとも1つのMを含んでいてもよい。或いは、すべてのオリゴマー鎖における各Mは、Siであってもよく、又はすべてのオリゴマー鎖における各Mは、Siでなくてもよい。更なる選択肢において、各鎖は、少なくとも1個のSi原子及びSiでない少なくとも1個のM原子を含む。吸着材における複数のオリゴマー鎖が2つ以上の異なるオリゴマー鎖の混合物である場合、吸着材における少なくとも1つのオリゴマー鎖における少なくとも1つのMは、Siであってもよく、又は吸着材における少なくとも1つのオリゴマー鎖における少なくとも1つのMは、Siでなくてもよい。或いは、少なくとも1つのオリゴマー鎖における各Mは、Siであってもよく、又は少なくとも1つのオリゴマー鎖における各Mは、Siでなくてもよい。更なる選択肢において、Si原子を含む少なくとも1つの鎖及びSiでないM原子を含む少なくとも1つの鎖が存在する。
各オリゴマー鎖は、分岐していてもよく、又は分岐していなくてもよい。オリゴマー鎖の1つ又は複数は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み得る。例えば、一実施形態において、吸着材における各オリゴマー鎖は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む。別の実施形態において、吸着材における少なくとも1つのオリゴマー鎖は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む。アミノアルキル基は、-C3H6NH2、-C3H6NHC2H4NH2、-C3H6N(CH3)2、-C3H6N(C2H5)2、-C3H6NH(CH3)及び-C3H6NH(C2H5)からなる群から選択することができるか、又は-C2H4N(C2H5)2及び-CH2N(C2H5)2からなる群から選択することができるか、又は-C3H6NH2、-C3H6NHC2H4NH2、-C3H6N(CH3)2、-C3H6N(C2H5)2、-C3H6NH(CH3)、-C3H6NH(C2H5)、-C2H4N(C2H5)2及び-CH2N(C2H5)2からなる群から選択することができる。各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への単一の結合点のみを有し得る。各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有し得る。各鎖は、1つの結合点を有し得るか、又は各鎖は、2つの結合点を有し得るか、又は一部の鎖は、1つの結合点を有し得、他のものは、2つの結合点を有し得る。いくつかの実施形態において、どの鎖も2つを超える結合点を有さない。各オリゴマー鎖は、18個のM-O単位の最大長を有する主鎖を有し得る。その主鎖において18個を超えるM-O単位を有するオリゴマー鎖は存在し得ない。これに関連して、主鎖は、基材に結合している鎖における交互のM及びO原子の最長鎖であると考えられる。
吸着材は、約2〜約10nmの間の平均細孔径を有し得る。それは、二峰性細孔径分布を有し得る。それは、約2〜約6nmの平均径を有する細孔の第1の集団及び約6〜約10nmの平均径を有する細孔の第2の集団を有し得る。それは、粒子状であり得る。それは、約100μm未満の平均粒径を有し得る。吸着材は、約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有し得る。それは、約450mg Mo/g吸着材を超えるモリブデンの吸着容量を有し得る。それは、約850mg W/g吸着材を超えるタングステンの吸着容量を有し得る。
一実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、細孔の第1の集団及び細孔の第2の集団を含む二峰性細孔径分布を有し、細孔の第1の集団は、約2〜約6nmの平均径を有し、細孔の第2の集団は、約6〜約10nmの平均径を有し、吸着材は、約100μm未満の平均粒径及び約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有する粒子状であり、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含む。
別の実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、約100μm未満の平均粒径及び約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有する粒子状であり、前記オリゴマー鎖は、18個のM-O単位の最大長を有する交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、各Mは、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、前記オリゴマー鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含み、各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有する。
更に別の実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、約100μm未満の平均粒径及び約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有する粒子状であり、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖並びに18個のM-O単位の最大長を有し、各Mは、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含み、各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有し、オリゴマー鎖の1つ又は複数はSi原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む。
別の実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、約100μm未満の平均粒径及び約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有する粒子状であり、前記オリゴマー鎖は、18個のM-O単位の最大長を有する交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、各Mは、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含み、各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有し、オリゴマー鎖は、アミノアルキル基を欠いている。
更なる実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、約100μm未満の平均粒径を有し、前記オリゴマー鎖は、18個のM-O単位の最大長を有する交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、各Mは、独立にSi、Zr又はTiであり、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含み、各オリゴマー鎖は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有する。
また更なる実施形態において、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材が提供され、吸着材は、約100μm未満の平均粒径を有し、前記オリゴマー鎖は、18個のSi-O単位の最大長を有する交互の酸素及び四価Si原子からなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは、複数のSi-OH部分を含み、各オリゴマー鎖は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、各オリゴマー鎖は、多孔性シリカの表面への1つ又は2つの結合点を有する。
第2の態様の吸着材は、第1の態様の方法によって作製することができる。第1の態様の方法は、第2の態様の吸着材を作製し得る。
本発明の第3の態様によれば、金属イオンの混合物を含む溶液中の1つ又は複数の標的種を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
a)1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
を含む。
以下の選択肢は、個別に又はいずれか適切な組合せで第3の態様と併せて用いることができる。
混入物種は、式[Z1O4]2-の混入物種であり得る。標的種は、式[Z2O4]-の標的種であり得る。Z1は、Mo又はWであり得る。Z2は、Tc又はReであり得る。Z2若しくはZ1は放射性であり得、又はZ2及びZ1の両方が放射性であり得る。混入物種は、D4+イオンであり得、又は混入物種は、D4+若しくはD(IV)イオンを含み得、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択される。標的種は、X3+イオンであり得、又は標的種は、X3+若しくはX(III)イオンを含み得、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される。D若しくはXは放射性であり得、又はD及びXの両方が放射性であり得る。
吸着材は、上記の第2の態様によるものであってもよく、又は上記の第1の態様により作製されてもよい。吸着材は、粒子状であり得る。工程b)の接触させる工程は、工程a)の溶液を吸着材に通す工程を含み得る。それは、溶液をカラム充填材料としての吸着材を含むカラムに通す工程を含み得る。吸着材の鎖は、Siでない少なくとも1つのMを含み得る。工程b)の接触させる工程は、混入物種が少なくとも1つのM-O-Z1又はM-O-D結合(式中、MはZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである)を形成することよって吸着材に結合することをもたらし得る。
工程c)における溶出液は、精製された標的種を含み得る。方法は、d)吸着材を再生する工程を更に含み得、前記再生する工程は、再生液を吸着材に加える工程を含む。工程d)は、再生液を吸着材に通す工程を含み得る。それは、吸着剤を再生液中に分散させ、次いで前記溶液を吸着剤から分離する工程を含み得る。再生液は、吸着材上に存在するZ1又はD種を再生液中に放出し得る。再生液は、塩基性溶液であり得る。それは、約12より大きいpHを有し得る。それは、水酸化物イオンを含み得る。例えば、それは水酸化物溶液であり得る。それは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム又はこれらのいずれか2つ以上の混合物の溶液を含み得る。再生液の総水酸化物濃度は、約0.01〜約1.0Mの間であり得る。工程d)の後の吸着材は、約0.01%(質量/質量)未満のZ1又はDを含み得る。
工程b)の吸着材は、M中心に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を有するオリゴマー鎖を含み得、オリゴマー鎖における各Mは、Siである。工程b)の接触させる工程は、1つ又は複数の標的種が吸着材に結合することをもたらし、それにより、工程c)における溶出液は、1つ又は複数の混入物種を含み得る。方法は、溶出液を容器に収集する工程を更に含み得る。方法は、工程c)の後に溶離液を吸着材と接触させる工程を更に含み得、前記溶離液は、吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより、標的種が溶離液中に移行する。溶離液の容積は、工程a)の溶液の容積より低くてもよい。溶離液は、食塩溶液を含み得る。それは、硫酸ナトリウム及び/又は硫酸アンモニウムを含み得る。溶離液は、塩基性溶液であり得る。例えば、それは、約12より大きいpHを有し得る。溶離液は、水酸化物イオンを含み得る。例えば、それは、水酸化物溶液であり得る。それは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び/又は水酸化アンモニウムを含み得る。溶離液は、約0.01〜約1.0Mの間の総塩濃度を有し得る。標的種を含む溶離液は、混入物種を含む溶出液とは別の容器に収集することができる。
吸着材のオリゴマー鎖は、代替方法としてSiでない少なくとも1つのMを含み得る。オリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含む場合、オリゴマー鎖の1つ又は複数は、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を更に含み得る。工程b)の接触させる工程は、標的種及び混入物種が吸着材に結合することをもたらし得る。方法は、工程c)の溶出液を容器に収集する工程を更に含み得る。この選択肢では、方法は、d')溶離液を工程b)の吸着材と接触させる工程を更に含み得、前記溶離液は、吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより、標的種が溶離液中に移行し得る。工程d')における溶離液の容積は、工程a)の溶液の容積より低くてもよい。溶離液は、食塩溶液を含み得る。それは、硫酸ナトリウム及び/又は硫酸アンモニウムを含み得る。それは、約0.1〜約8Mの間の総塩濃度を有し得る。工程d')は、標的種を含む溶離液を容器に収集する工程を更に含み得る。方法は、e)吸着材を再生する工程を更に含み得、前記再生する工程は、再生液を吸着材に加える工程を含む。工程e)は、再生液を吸着材に通す工程を含み得る。再生液は、吸着材上に存在する混入物Z1又はD種を再生液中に放出し得る。再生液は、塩基性溶液であり得る。例えば、それは、約12より大きいpHを有し得る。それは、水酸化物イオンを含み得る。例えば、それは、溶解I族若しくはII族水酸化物塩を含んでいてもよく、又は溶解水酸化アンモニウムを含んでいてもよい。例えば、再生液は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム若しくは水酸化カルシウム又はこれらのいずれか2つ以上の混合物を含み得、例えば、再生液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム又はこれらのいずれか2つ以上の混合物の溶液を含み得る。総水酸化物濃度は、約0.01〜約1.0Mの間であり得る。工程e)の後の吸着材は、約0.01%(質量/質量)未満のZ1又はDを含み得る。再生液は、工程e)の再生する工程中又は後に、工程c)の溶出液及び工程d')の溶離液とは別の容器に収集することができる。
方法は、工程a)の前に以下の工程A)〜C)を更に含み得る。
A)1つ又は複数の標的種及び1つ又は複数の混入物種を含む溶液を準備する工程、
B)工程A)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、
吸着材のオリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含み、標的種に対する吸着材の親和力が混入物種に対する親和力より低い、工程、
C)工程a)の溶液である抽出物を得るために、工程B)からの吸着材を、標的種を吸着材から抽出することができる抽出溶液で抽出する工程。
工程A)の標的種は、X3+イオンであってもよく、又はX3+イオンを含んでいてもよく、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される。工程A)の混入物種は、D4+イオンであってもよく、又はD4+イオンを含んでいてもよく、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択される。工程A)の溶液は、経時的に崩壊して標的種を形成しそれによって混入物種となる親種を含み得る。親種は、式[Z1O4]2-の親種であり得、標的種は、式[Z2O4]-の標的種であり得、式中、Z1=Moである場合Z2=Tcであり、又はZ1=Wである場合Z2=Reである。抽出溶液は、食塩溶液を含み得る。抽出溶液は、該方法の工程c)により生成したリサイクル溶出液を含み得る。該方法は、標的種を濃縮し得る。
一実施形態において、工程b)の吸着材は、上記の本発明の第1の態様による方法によって製造され、又は上記の本発明の第2の態様によって製造される。
実施形態において、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
a)標的種が式[Z2O4]-又はX3+の標的種であり、混入物種が式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種であり、式中、Z1がMo又はWであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuであり、Z2がTc又はReであり、DがTi、Ge、Zr、Sn又はHfである、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、吸着材は粒子状であり、前記前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
を含む。
別の実施形態において、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
a)標的種が式[Z2O4]-又はX3+の標的種であり、混入物種が式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種であり、式中、Z1がMo又はWであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuであり、Z2がTc又はReであり、DがTi、Ge、Zr、Sn又はHfである、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、吸着材がアミノアルキル基を欠いており、接触させることにより、少なくとも1つのM-O-Z1又はM-O-D結合を形成することによって混入物種が吸着材に結合することがもたらされる、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と、
d)吸着材を再生する工程であり、前記再生する工程が再生液を吸着材に加える工程を含み、再生液が、吸着材上に存在するZ1又はD4+種を再生液中に放出し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム又はこれらのいずれか2つ以上の混合物の溶液を含み、約0.01〜約1.0Mの間の総水酸化物イオン濃度を有する、工程と
を含む。
更に別の実施形態において、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
a)標的種が式[Z2O4]-又はX3+の標的種であり、混入物種が式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種であり、式中、Z1がMo又はWであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuであり、Z2がTc又はReであり、DがTi、Ge、Zr、Sn又はHfである、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、少なくとも1つのMがSiであり、オリゴマー鎖がSi原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、接触させることにより、標的種が吸着材に可逆的に結合し、少なくとも1つのM-O-Z1又はM-O-D結合を形成することによって混入物種が吸着材に結合することがもたらされる、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と、
d')溶離液を工程b)の吸着材と接触させる工程であって、前記溶離液が吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより、標的種が溶離液中に移行し、溶離液が硫酸ナトリウム及び/又は硫酸アンモニウムを含む食塩溶液を含む、工程と、
e)吸着材を再生する工程であって、前記再生する工程が再生液を吸着材に加える工程を含み、再生液が吸着材上に存在するZ1又はD4+種を再生液中に放出し、再生液が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム又はこれらのいずれか2つ以上の混合物の溶液を含む、工程と
を含む。
更なる実施形態において、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
a)標的種が式Z2O4 -又はX3+の標的種であり、混入物種が式Z1O4 2-又はD4+の混入物種であり、式中、Z1がMo又はWであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuであり、Z2がTc又はReであり、DがTi、Ge、Zr、Sn又はHfである、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSiであり、オリゴマー鎖がSi原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、接触させることにより、標的種が吸着材に可逆的に結合することがもたらされる、工程と、
c)工程b)の後に溶液を1つ又は複数の混入物種を含む溶出液として吸着材から分離する工程と、
を含み、工程c)は、工程c)の後に、溶離液を吸着材と接触させる工程を更に含み、前記溶離液は吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより、標的種が溶離液中に移行し、溶離液は、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム又はこれらの2つ以上のいずれかの組合せを含む食塩溶液を含む。
更なる実施形態において、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法が提供され、前記方法は、
A)1つ又は複数の標的種及び1つ又は複数の混入物種を含む溶液を準備する工程と、
B)工程A)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、
吸着材のオリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含み、標的種に対する吸着材の親和力が混入物種に対する親和力より低い、工程と、
C)抽出物を得るために、工程B)からの吸着材を、吸着材から標的種を抽出することができる抽出溶液で抽出する工程と、
a)標的種が式[Z2O4]-又はX3+の標的種であり、混入物種が式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種であり、式中、Z1がMo又はWであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuであり、Z2がTc又はReであり、DがTi、Ge、Zr、Sn又はHfである、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む工程C)の抽出物を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む粒子状の吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
を含む。
本発明の第4の態様によれば、1つ又は複数の混入物種及び標的種を含む溶液から標的種を濃縮するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される。
一実施形態において、1つ又は複数の混入物種及び式[Z1O4]2-の標的種を含む溶液から式[Z2O4]-の標的種を濃縮するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される(式中、Z1=Mo又はWであり、Z2=Tc又はReである)。
別の実施形態において、1つ又は複数のD4+イオン混入物種(式中、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択される)及び標的種を含む溶液からX3+イオン標的種(式中、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される)を濃縮するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される。
本発明の第5の態様によれば、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液の混入物種から標的種を分離するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される。
一実施形態において、経時的に崩壊して標的種を形成する親種である1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液の混入物種から標的種を分離するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される。崩壊は、放射性崩壊であり得る。
別の実施形態において、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液の式[Z1O4]2-の混入物種から式[Z2O4]-の標的種を分離するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される(式中、Z1=Mo又はWであり、Z2=Tc又はReである)。
更に別の実施形態において、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液のD4+イオン混入物種(式中、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択される)からX3+イオン標的種(式中、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される)を分離するための第2の態様による吸着剤の使用が提供される。
本発明の第6の態様によれば、放射性同位体濃縮装置における第2の態様による吸着材の使用が提供される。
MnO2鋳型法を用いて合成したシリカの電子顕微鏡像(SEM)である。 MnO2鋳型法を用いて合成したシリカの細孔径分布を示す図である。 MnO2鋳型法を用いて合成したシリカの熱分析図である。 幾何学的適合性計算における四価金属アルコキシ及びアミノアルキルシラン基のモデルを構築するのに用いた四面体単位の図である。両単位は、四面体EO4単位によって表されている。 幾何学的計算に用いた多孔性シリカ基材の表面上のEO4単位の1つの立体配置(立体配置1)を示す図である。 幾何学的計算に用いた多孔性シリカ基材の表面上のEO4単位の第2の立体配置(立体配置2)を示す図である。 結合選択肢A、B、C、D、E、F、G、H及びMを示す図である。これらは、以下の方法により作製され、以下の組合せに対応する多孔性シリカ吸着材である(表2も参照)。A- 方法2、組合せ1B- 方法2、組合せ3又は4C- 方法3、組合せ9、12、13又は16D- 方法1、組合せ6E- 方法1、組合せ7又は8(SiO4(アミノアルキルシラン+MO4))F- 方法1、組合せ7又は8G- 方法3、組合せ10又は14(MO4(MO4)+アミノアルキルシラン)H- 方法3、組合せ(MO4+MO4/アミノアルキルシラン混合物)M- 方法3、組合せ9、12、13又は16(MO4(アミノアルキルシラン)+MO4) 放射性同位体ジェネレータの製造及び放射性同位体の精製/濃縮プロセスにおける多官能吸着材上の放射性同位体の吸着を示す図である。(a)放射性同位体ジェネレータにおける混合金属酸化物官能基化シリカ上の親核種(R1)の吸着、及び混合金属酸化物官能基化シリカからの娘放射性同位体(R2)の脱着/排除;M1及びM2は、例えば、独立にZr又はTiである;(b)放射性同位体ジェネレータにおける金属酸化物官能基化シリカ上の親核種(R1)の吸着、及び金属酸化物官能基化シリカからの娘放射性同位体(R2)の脱着;Mは、例えば、Zr又はTiである。 多官能吸着材上の放射性同位体の吸着を示す図である。(a)放射性同位体ジェネレータの製造及び放射性同位体の精製/濃縮プロセスにおけるアミノアルキル官能基化シリカ上の娘放射性同位体(R2)の可逆吸着(キャッチアンドリリース)、及びアミノアルキル官能基化シリカからの親核種(R1)の排除;(b)混合金属酸化物及びアミノアルキル官能基化シリカ上の親核種(R1)の不可逆吸着及び娘放射性同位体(R2)の可逆吸着;M1及びM2は、例えば、放射性同位体の精製/濃縮プロセスにおいて独立にZr又はTiである。 99mTc/99Mo及び/又は188Re/188Wジェネレータにおける本発明の吸着材の使用のための可能な「キャッチウィズアウトリリース(catch without release)」プロセスを示す図である。記号:A:生理食塩水溶離剤;B:官能基化シリカ吸着剤を用いた99mTc又は188Reジェネレータカラム;C:精製カラム(本発明による官能基化シリカ吸着剤を含む);D:精製99mTc又は188Re溶液。 (i)99mTc及び188Re精製モジュールにおける本発明の吸着材の使用;並びに(ii)99mTc及び188Re精製モジュールと連結された99mTc/99Mo及び/又は188Re/188Wジェネレータの使用の両方を示す、99mTc及び188Re精製のための可能な「キャッチウィズアウトリリース」プロセスを示す図である。記号:A:生理食塩水溶離剤;K1:99mTc又は188Reジェネレータカラム;C:水;B:0.5M NaOH溶液;K2:精製カラム(本発明による官能基化シリカ吸着剤又は回収可能な吸着剤を含む);P:ポンプ;EF-A:Aからの溶離剤の流れ;EF-B,C:B及びCからの溶離剤の流れ;W:低活性液廃棄物;F:精製99mTc又は188Re溶液;PM:精製モジュール。 99mTc及び188Re精製/濃縮モジュール並びに99mTc及び188Re精製/濃縮モジュールと連結された99mTc/99Mo及び/又は188Re/188Wジェネレータにおける本発明の吸着材の使用を示す、99mTc及び188Re精製/濃縮のための可能な「キャッチアンドリリース(I)」法を示す図である。記号:A:NaOH溶液;B:水:C:食塩水;K1:官能基化シリカ吸着剤を用いた99mTc又は188Reジェネレータカラム;K2:精製-濃縮カラム(本発明による官能基化シリカ吸着剤又は回収可能な吸着剤を含む);P:ポンプ;EF-E:Eからの溶離剤の流れ;EF-A,B:A、Bからの溶離剤の流れ;EF-C:Cからの溶離剤の流れ;EFC:溶離剤の流れの循環;E:非食塩水水性溶離剤(例えば、酢酸/酢酸塩/<0.05%NaCl溶液混合物又は<0.05%NaCl溶液);W:水及びNaOH洗浄による廃棄物;F:精製、濃縮99mTc又は188Re溶液。 99mTc及び188Re精製/濃縮モジュール並びに99mTc及び188Re精製/濃縮モジュールと連結された99mTc/99Mo及び/又は188Re/188Wジェネレータにおける本発明の吸着材の使用を示す、99mTc及び188Re精製/濃縮のための代わりの可能な「キャッチアンドリリース(II)」法を示す図である。記号:A:生理食塩水溶離剤;B:滅菌食塩水溶離剤;K1:99mTc又は188Reジェネレータカラム;K2:塩/塩化物除去カラム;K3:精製-濃縮カラム(本発明による官能基化シリカ吸着剤を含む);EF-B:Bからの溶離剤の流れ;EF-A:Aからの溶離剤の流れ;W:低活性液廃棄物;F:濃縮99mTc又は188Re溶液;PCM:精製/濃縮モジュール。 合成中に用いたシリカ基材の(a)比表面積及び(b)シラノール基濃度の関数としてのMO4官能基化吸着剤のW及びMo吸着容量を示すグラフである。 合成中に用いたシリカ基材の(a)比表面積及び(b)シラノール基濃度の関数としてのR"官能基化吸着剤のアニオン交換容量を示すグラフである。 (a)早期溶出法の概念及び早期溶出法(regime)により溶出したジェネレータにおける99mTc放射能の蓄積を例示したグラフである。a、99Moの放射能;b、最初からの99mTc放射能の蓄積;c、最初の溶出後の99mTc放射能の蓄積;d、6時間溶出時の99mTc放射能の蓄積/溶出;e、99mTc放射能の蓄積(最初から)のシステムにおける99mTcの比活性;(b)最大99mTc蓄積の時点で通常溶出したものと比較した早期溶出法により溶出したジェネレータの99mTc生成収率の増加の有効性を示すグラフである。四角印は、実験データであり、点線は、理論的計算結果である。 a、本発明のMO4官能基化吸着剤を含む99mTcジェネレータカラム(濃縮カラムと連結せずに実施例6で用いた)の溶出液;b、本発明のR"官能基化吸着剤を含む濃縮カラム(ジェネレータカラムと組み合わせて実施例6で用いた)から溶出した濃縮溶出液の99mTc溶出プロファイルを示す図である。 濃縮前後の99mTc溶出液のガンマ線分光測定を示す図である。a、後の99mTc濃縮/精製工程を実施する前の本発明のMO4官能基化吸着剤を含む99mTcジェネレータカラムの溶出液;b、本発明のMO4及びR"官能基化吸着剤を含む濃縮/精製カラムを用いた後の濃縮/精製溶出液。 放射性同位体精製/濃縮プロセスに用いた多官能吸着剤の酸性pH=8.5のNaCl溶液中の[99mTcO4]-イオンの分配係数(Kd)値を示すグラフである。記号:吸着剤A:本発明による第三級アミノアルキル(3-ジエチルアミノアルキル)官能基化シリカ(白丸);吸着剤B:本発明による混合第三級アミノアルキル(3-ジエチルアミノアルキル)/TiOH官能基化シリカ(白四角);比較吸着剤C:本発明によらない第四級アミノアルキル官能基化シリカAccell QMA SePak(登録商標)(黒丸);比較吸着剤D:本発明によらない第三級アミノアルキル官能基化セルロースDEAE(ジエチルアミノエチル)-セルロース(黒四角)。 100mgの比較吸着剤C(第四級アミノアルキル官能基化シリカAccell QMA SePak(登録商標))を充填した精製/濃縮カラム[黒丸]と比較した100mgの吸着剤B(本発明において合成した混合第三級アミノアルキル(3-ジエチルアミノアルキル)/TiOH官能基化シリカ)を充填した精製/濃縮カラム[白四角]上への酸性pH=6の0.01%NaCl+Na[99mTcO4]溶液からの99mTcの負荷(ジェネレータ溶出に用いた0.9%NaCl溶液からのCl-イオンを除去するためのイオン交換樹脂カラム(銀の形のDOWEX(登録商標)AG-50W-X8)に通した後の99mTcジェネレータからの99mTc溶出液に基づいてシミュレートされる)のグラフである。 100mgの比較吸着剤Cを充填した精製/濃縮カラム[黒丸]と比較した100mgの吸着剤Bを充填した精製/濃縮カラム[白四角]からの0.9%NaCl溶液(pH=5)による99mTcの溶出のグラフである。 本発明により合成した100mgの吸着剤Bを充填した精製/濃縮カラム(図13におけるK3)を用いた放射性同位体濃縮装置ULTRALUTE(登録商標)法において用いられる「キャッチアンドリリース」概念(例えば、図13について上述したような)に基づく精製/濃縮プロセスの99mTc活性蓄積及び溶出プロファイルのグラフである。塩化物除去カラム(図13におけるK2)は、銀形のカチオン交換樹脂DOWEX(登録商標)AG-50W-X8から構成されている。 (a)比較吸着剤C:第四級アミノアルキル官能基化シリカAccell QMA SePak(登録商標)(黒丸)及び/又は比較吸着剤D:第三級アミノアルキル官能基化セルロースDEAE(ジエチルアミノエチル)-セルロース(黒四角)と比較した吸着剤A:本発明による第三級アミノアルキル(3-ジエチルアミノアルキル)官能基化シリカ(白丸);吸着剤B:本発明による混合第三級アミノアルキル(3-ジエチルアミノアルキル)/TiOH官能基化シリカ(白四角)のそれぞれ100mgを充填した精製/濃縮カラム上への酸性pH=6の0.025%NaCl+Na[99mTcO4]溶液からの99mTcの負荷のグラフである;(b)比較吸着剤C(黒丸)及び/又は比較吸着剤D(黒四角)と比較した吸着剤A(白丸)及び/又は吸着剤B(白四角)の100mgを充填した精製/濃縮カラムからの0.9%NaCl溶液(pH=5)による99mTcの溶出のグラフである;(c)比較吸着剤C(黒丸)及び/又は比較吸着剤D(黒四角)と比較した吸着剤A(白丸)及び/又は吸着剤B(白四角)の100mgを充填した精製/濃縮カラム上への酸性pH=2.35〜2.46の0.025%NaCl+0.5M酢酸+Na[99mTcO4]溶液からの99mTcの負荷のグラフである;(d)比較吸着剤C(黒丸)及び/又は比較吸着剤D(黒四角)と比較した吸着剤A(白丸)及び/又は吸着剤B(白四角)の100mgを充填した精製/濃縮カラムからの0.9%NaCl+0.15M NaOH溶液(pH=13)による99mTcの溶出のグラフである。
定義
本願書で用いているように、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈によりそうでないことが明確に決定づけられない限り、複数指示を含む。例えば、「a target species(標的種)」という語句は、複数の標的種(a plurality of target species)も含む。
本明細書で用いているように「を含む(comprising)」という用語は、「を含む(including)」を意味する。「含む(comprise)」及び「含む(comprises)」等の「を含む(comprising)」という単語の変形は、それに応じて多様な意味を有する。本明細書で用いているように、「を含む(including)」及び「を含む(comprising)」という用語は、非排他的である。したがって、例えば、溶媒並びに1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種「を含む(comprising)」溶液は、溶媒、混入物種及び標的種からもっぱらなる可能性があり、又はそれは、他の成分、例えば、緩衝剤イオン、塩、溶媒等を含む可能性がある。本明細書で用いているように、「を含む(comprising)」という用語は、指定の整数が全体の大部分を表すことを意味しない。
本明細書で用いているように、「複数」という用語は、1を超えることを意味する。ある特定の態様又は実施形態において、複数は、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、50、102、103、104、105、106、107、108、109、1010、1011、1012、1013、1014、1015、1016、1017、1018、1019、1020又はそれ以上、並びにそれらの中の導き出せるあらゆる整数、及びそれらの中の導き出せるあらゆる範囲を意味し得る。
列挙された数値に関する本明細書における「約」という用語の使用は、文脈によりそうでないことが示されない限り、列挙された数値及び列挙された値のプラス又はマイナス10パーセントの範囲内の数値を含むことが理解されよう。「約0」という用語は、正確に0〜0.01の間の範囲を意味し得る。
数値の範囲に言及する場合の本明細書における「間」という用語の使用は、範囲の各終点における数値を含むことが理解されよう。例えば、約20〜約150Å2/OHの間のシラノール基当たりの表面積は、約20Å2/OHのシラノール基当たりの表面積及び約150Å2/OHのシラノール基当たりの表面積を含む。
本明細書で用いているように、「溶出液」という用語は、溶出により得られた溶液を意味し得る。すなわち、「溶出液」は、溶出液を吸着材から分離する方法にかかわらず、溶媒又は溶離液若しくは溶離剤により吸着材から抽出された1つ又は複数の化学種を含むあらゆる溶液を意味し得る。溶出液は、溶離剤を重力下で又は真空若しくは圧力の使用により吸着材の層又はカラムに通すことにより得ることができる。溶出液は、溶離剤を吸着材と接触させる適切な手段により、例えば、溶離剤と吸着材の混合物を撹拌又はかき混ぜ、遠心分離後の上清として又はろ過後のろ液として溶出液を収集することにより得ることもできることが理解されよう。
詳細な説明
本発明は、改善された選択性及び官能性を有する新たな吸着材に関する。これらの吸着材は、ナノ粒子鋳型ゲル形成の新たな方法を用いて得ることができる大表面積シリカの利点と官能基の層(特定の実施形態において四価金属酸化物及び/又はシラノール基及び/又はアミノアルキルシランを含む)の多官能性とを兼備している。これは、化学吸着により溶質を選択的に吸着し、pH制御イオン交換及び/又は配位吸着により目的のイオン種を吸着することができる多官能吸着材をもたらす。
以下の詳細な説明は、当業者が本発明を実施できるようにするのに十分に詳細に本発明の例示的な実施形態を伝える。述べられる様々な実施形態の特徴又は制限は、本発明の他の実施形態又は全体としての本発明を必ずしも制限しない。したがって、以下の詳細な説明は、特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲を制限しない。
吸着材の製造
本発明は、
a)その表面上に複数のシラノール基を含む多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を
i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、又は
ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
iii)式M(OR')4の化合物、又は
iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解して、ヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含み、
各OR'が加水分解性基であり、各R'が同じであってもよく、又は異なっていてもよく、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである、吸着材を製造する方法に関する。
一実施形態において、本発明は、
a)その表面上に複数のシラノール基を含む多孔性シリカ基材を準備する工程と、
b)前記シラノール基を式M(L1L2L3L4)(式中、各Mは、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、
L1は、OR'であり、
L2は、独立にOR'又はRであり、
L3及びL4は、それぞれ独立にOR'又はR"であり、
Rがアルキル基である場合、各OR'は、加水分解性基であり、各R'は、同じであってもよく、又は異なっていてもよく、R"は、アミノアルキル基である)の1つ又は複数の化合物と反応させる工程と、
c)b)の生成物を加水分解して、ヒドロキシル基を生成する工程と、
d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、式M(L1L2L3L4)(式中、L1=L2=L3=L4=OR'であり、MはSiでなく、又はL3及びL4の少なくとも1つはR"であり、MはSiである)の1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
e)d)の生成物を加水分解する工程と
を含む、吸着材を製造する方法に関する。
この実施形態において、工程b)におけるM、L1〜L4、R'及びR"は、それらが同じ定義範囲内にあるならば、それぞれ工程d)で用いられるものと同じ又は異なっていてよいことが理解されよう。
シリカ基材
工程a)の多孔性シリカ基材は、その表面上に複数のシラノール基を含む。工程a)の多孔性シリカ基材は、約20〜約150Å2/OHの間、又は約30〜140、30〜120、30〜110、30〜100、35〜95、40〜80、40〜100、30〜80、35〜70、20〜70、20〜60、40〜60、40〜50、20〜50、40〜90、40〜55若しくは40〜45Å2/OHの間、例えば、約20、25、30、35、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145若しくは150Å2/OHのシラノール基当たりの表面積を有し得る。シリカ吸着剤の表面上のシラノール基の密度は、工程b)〜e)で起こる縮合反応の数が所望のレベルであるように調整することができる。それはまた、シリカの表面上のシラノール基に結合した化合物間でその時に起こり得る立体相互作用及び空間重複が適切に低いレベルであるように調整することができる。シラノール密度は、適切な方法又は技術を用いて制御又は修正することができる。例えば、密度は、ゲル化溶液のpH、シリケート溶液の濃度、ゲル化時間及び/又はキセロゲルの乾燥温度の1つ若しくは複数を変化させることによって多孔性シリカ基材の合成中に制御又は修正することができる。
工程a)で用いる多孔性シリカ基材は、約2〜約10nmの間、又は約2〜5、2〜8、3〜10、3〜8、4〜8、4〜10、5〜6、5〜8、5〜10、6〜10、6〜8、7〜10、8〜10、9〜10、3〜6、2〜6、2〜3若しくは2〜4nmの間、例えば、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5若しくは10nmの平均細孔径を有し得る。細孔径は、例えば、窒素又は水素吸着/脱着法を用いて当業者により測定することができる。
工程a)で用いる多孔性シリカ基材は、細孔の第1の集団及び細孔の第2の集団を含む二峰性細孔径分布を有し得る。細孔の第1の集団は、約4nm、又は約2〜約6nm、又は約2〜4、4〜6、若しくは3〜5nm、又は約2、3、4、5、6nmの平均径を有し得る。細孔の第2の集団は、約8nm、又は約6〜約10nm、又は約6〜8、8〜10若しくは7〜9nm、又は約6、7、8、9、10nmの平均径を有し得る。多孔性シリカにおける細孔の平均径は、当技術分野で公知の適切な技術を用いて、例えば、気体(例えば、窒素)吸着及び/若しくは脱着等温線を測定することにより、及び/又はX線回折等の光散乱法を用いることにより測定することができる。工程a)の多孔性シリカ基材は、粒子状であり得る。多孔性シリカ基材粒子は、球状、実質的に球状、針状、扁平、フレーク状、角錐台状、多面体、繊維状、不規則、回転楕円体若しくは粒状であり得、又は他の何らかの形状であり得、又はこれらの形状の組合せであり得る。粒子が球状でない場合、粒子の径は、流体力学的径とすることができ、又は粒子の最小寸法(例えば、厚さ)若しくは粒子の最大寸法(例えば、長さ)若しくは粒子の平均寸法とすることができる。
多孔性シリカ基材粒子は、約100μm未満、又は95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20若しくは15μm未満、又は約10〜約100μm、10〜50、50〜100、若しくは20〜70μmの間、例えば、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15若しくは10μmの平均粒径を有し得る。多孔性シリカ基材の粒径は、当技術分野で公知の適切な技術、例えば、動的光散乱、ふるい分け、レーザー回折、顕微鏡法、LALLS等を用いて測定することができる。
工程a)の多孔性シリカ基材は、約300〜約1000m2/gの間、又は約300〜約700、500〜1000、700〜900、300〜500、325〜475、500〜625m2/gの間、又は約300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575、600、625、650、675、700、725、750、775、800、825、850、875、900、925、950、975若しくは1000m2/gの比表面積を有し得る。工程a)の多孔性シリカ基材は、約0.5mL/g〜約1.5mL/gの間、又は約0.5〜約1.0、0.9〜1.3、若しくは1.0〜1.5mL/gの間、又は約0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4若しくは1.5mL/gの空隙容積を有し得る。多孔性シリカの比表面積及び/又は空隙容積は、当技術分野で公知の適切な技術を用いて、例えば、気体(例えば、窒素)吸着等温線を実験的に収集することにより、且つ例えばブルナウアー-エメット-テラー(Brunauer-Emmet-Teller)(BET)式を用いたその後の計算により決定することができる。
ケイ素化合物
工程b)i)において、式RnSi(OR')4-nのケイ素化合物は、アルコキシシラン(n=0)であり得又はアルキルアルコキシシラン(n=1)であり得る。アルキル基Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル又はデシルであり得る。それは、直鎖状であり得又は分枝状であり得る。それは、C1〜C12アルキル、又はC1〜C6アルキル、又はC1〜C3アルキルであり得る。
加水分解性基OR'は、加水分解され得る基であり得る。例えば、加水分解性基-OR'は、水と反応して、副生成物としてR'OH分子を生成する、-OH基を形成する基であり得る。加水分解性基OR'は、アルコキシ基であり得る。R'は、Rについて上述した通りであり得る。式RnSi(OR')4-nにおいて、nは、0であり得、又はnは、1であり得る。工程b)i)において、式RnSi(OR')4-nのケイ素化合物は、テトラアルコキシシラン、例えば、テトラエチルオルトシリケート(テトラエトキシシラン)、テトラメチルオルトシリケート(テトラメトキシシラン)若しくはテトラプロピルオルトシリケート(テトラプロポキシシラン)、又は他の何らかのテトラアルコキシシランであり得る。工程b)i)において、式RnSi(OR')4-nのケイ素化合物は、アルキルアルコキシシラン、例えば、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン若しくはエチルトリエトキシシラン、又は他の何らかのアルキルアルコキシシランであり得る。OR'は、アルキル又はアリールカルボニルオキシ基、例えば、アセトキシ基であり得る。OR'は、オキシモ基、例えば、アルドキシモ又はケトキシモ、例えば、メチルエチルケトキシモであり得る。OR'は、アリールオキシ基、例えば、フェノキシであり得る。式RnSi(OR')4-nのケイ素化合物における各OR'は、同じであってもよく又は異なっていてもよい。
工程a)における多孔性シリカ基材のシラノール基と工程b)i)による化合物との反応は、以下の式1により表すことができる。
-O-Si-OH + R'-O-Si-(O-R')3 → -O-Si-O-Si-(O-R')3 + R'OH …式1
式1によれば、工程b)の生成物は、-O-Si-O-Si-(O-R')3である。
アミノアルキルシラン化合物
工程b)ii)において、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシランは、例えば、(アミノアルキル)アルキルジアルコキシアルキルシランであり得る。(アミノアルキル)アルキルジアルコキシアルキルシランにおけるアルキル基は、Rについて上述した通りであり得る。工程b)ii)において、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシランは、アミノアルキルトリアルコキシシランであり得る。式R"mRnSi(OR')4-n-mにおいて、nは、0であり得、又はnは、1であり得る。式R"mRnSi(OR')4-n-mにおいて、mは、1であり得、又はmは、2であり得る。したがって、アミノアルキルシランは、式R"Si(OR')3、R"2Si(OR')2又はR"RSi(OR')2のアミノアルキルシランであり得る。式R"2RSi(OR')のアミノアルキルシラン(すなわち、式中、mは2であり、nは1である)は、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有さない。ケイ素に結合した加水分解性基は、アルコキシ基であり得る。加水分解性基は、OR'について上述した通りであり得る。アミノアルキル基R"は、アミノ置換アルキル基、例えば、アミノメチル、アミノエチル、アミノプロピル、アミノブチル、アミノペンチル、アミノヘキシル、アミノヘプチル、アミノオクチル、アミノノニル又はアミノデシルであり得る。アミノアルキル基は、直鎖状又は分枝状であり得る。アミノアルキル基は、第一級、第二級又は第三級アミンを含み得る。アミノアルキル基のアルキル鎖は、15個未満の炭素原子を含み得、又は長さが15個未満の炭素原子であり得、例えば、15個未満、又は13、10、8、6、4若しくは2個未満の炭素原子を有し得、例えば、15〜1個の間の炭素原子、又は15〜8個、10〜5個若しくは8〜1個の間の炭素原子を有し得、例えば、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2若しくは1個の炭素原子を有し得、又は長さが15個未満の炭素原子、又は13、10、8、6、4若しくは2個未満の炭素原子であり得、例えば、長さが15〜1個の間の炭素原子、又は15〜8個、10〜5個若しくは8〜1個の間の炭素原子であり得、例えば、長さが15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2若しくは1個の炭素原子であり得る。ケイ素に結合したアミノ置換アルキル基の1つ又は複数は、置換基として、1つ又は複数のN-(アミノアルキル)基も含み得る。各N-(アミノアルキル)基は、独立にアミノ置換アルキル基、例えば、N-アミノメチル、N-アミノエチル、N-アミノプロピル、N-アミノブチル、N-アミノペンチル、N-アミノヘキシル、N-アミノヘプチル、N-アミノオクチル、N-アミノノニル又はN-アミノデシルであり得る。各N-アミノアルキル基は、独立に直鎖状又は分枝状であり得る。各N-アミノアルキル基は、個々に第一級、第二級又は第三級アミンを含み得る。工程b)ii)において、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシランは、例えば、(3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン((CH3O)2CH3SiC3H6NH2)、(3-アミノプロピル)メチルジエトキシシラン((CH3CH2O)2CH3SiC3H6NH2)、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、又は((CH3O)3SiC3H6NH2)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiC3H6NH2)、[N(β-アミノエチル)γ-アミノプロピル]メチルジメトキシシラン((CH3O)2CH3SiC3H6NHC2H4NH2)、[N(β-アミノエチル)γ-アミノプロピル]メチルジエトキシシラン((CH3CH2O)2CH3SiC3H6NHC2H4NH2)、N(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン((CH3O)3SiC3H6NHC2H4NH2)、N(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiC3H6NHC2H4NH2)、(3-ジエチルアミノプロピル)メチルジメトキシシラン((CH3O)2CH3SiC3H6N(C2H5)2)、(3-ジエチルアミノプロピル)メチルジエトキシシラン((CH3CH2O)2CH3SiC3H6N(C2H5)2)、3-ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン((CH3O)3SiC3H6N(C2H5)2)、3-ジエチルアミノプロピルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiC3H6N(C2H5)2)、3-ジメチルアミノプロピルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiC3H6N(CH3)2)、(3-ジエチルアミノメチル)メチルジメトキシシラン((CH3O)2CH3SiCH2N(C2H5)2)、(3-ジエチルアミノメチル)メチルジエトキシシラン((CH3CH2O)2CH3SiCH2N(C2H5)2)、3-ジエチルアミノメチルトリメトキシシラン((CH3O)3SiCH2N(C2H5)2)、3-ジエチルアミノメチルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiCH2N(C2H5)2)、(3-ジエチルアミノエチル)メチルジメトキシシラン((CH3O)2CH3SiC2H4N(C2H5)2)、(3-ジエチルアミノエチル)メチルジエトキシシラン((CH3CH2O)2CH3SiC2H4N(C2H5)2)、3-ジエチルアミノエチルトリメトキシシラン((CH3O)3SiC2H4N(C2H5)2)、又は3-ジエチルアミノエチルトリエトキシシラン((CH3CH2O)3SiC2H4N(C2H5)2)であり得る。
工程a)における多孔性シリカ基材のシラノール基と工程b)ii)による化合物との反応は、式2により表すことができる。
-O-Si-OH + (R'-O)3Si-R" → -O-Si-O-(R'-O)2Si-R" + R'OH …式2
式2によれば、工程b)の生成物は、-O-Si-O-(R'-O)2Si-R"である。
式M(OR')4の化合物
工程b)iii)において、式M(OR')4の化合物は、Zr(OR')4又はTi(OR')4であり得、式中、加水分解性基OR'は、上述の通りであり得る。式M(OR')4の化合物は、Hf(OR')4、Sn(OR')4、Th(OR')4、Pb(OR')4又はGe(OR')4であり得、式中、加水分解性基OR'は、上述の通りであり得る。工程b)iii)において、式M(OR')4の化合物は、例えば、Ti(OCH2CH3)4、Ti(OCH3)4、Ti(OCH2CH2CH3)4、Ti(OCH(CH3)2)4、Zr(OCH2CH3)4、Zr(OCH3)4、Zr(OCH2CH2CH3)4、Zr(OCH(CH3)2)4、Hf(OCH2CH3)4、Hf(OCH3)4、Hf(OCH2CH2CH3)4、Hf(OCH(CH3)2)4、Sn(OCH2CH3)4、Sn(OCH3)4、Sn(OCH2CH2CH3)4、Sn(OCH(CH3)2)4、Th(OCH2CH3)4、Th(OCH3)4、Th(OCH2CH2CH3)4、Th(OCH(CH3)2)4、Pb(OCH2CH3)4、Pb(OCH3)4、Pb(OCH2CH2CH3)4、Pb(OCH(CH3)2)4、Ge(OCH2CH3)4、Ge(OCH3)4、Ge(OCH2CH2CH3)4、又はGe(OCH(CH3)2)4であり得る。
工程a)における多孔性シリカ基材のシラノール基と工程b)iii)による化合物との反応は、式3により表すことができる。
-O-Si-OH + R'-O-M-(O-R')3 → -O-Si-O-M-(O-R')3 + R'OH …式3
式3によれば、工程b)の生成物は、-O-Si-O-M-(O-R')3である。
反応条件
工程b)iv)において、i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物は、式RnSi(OR')4-n(式中、Rは、アルキル基であり、nは、0又は1である)の化合物及びケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシラン(式中、mは、1又は2であり、nは、0又は1である)を含み得る。工程b)iv)において、i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物は、式RnSi(OR')4-n(式中、Rは、アルキル基であり、nは、0又は1である)の化合物及び式M(OR')4の化合物を含み得る。工程b)iv)において、i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物は、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシラン(式中、mは、1又は2であり、nは、0又は1である)及び式M(OR')4の化合物を含み得る。工程b)iv)において、i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物は、式RnSi(OR')4-n(式中、Rは、アルキル基であり、nは、0又は1である)の化合物、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシラン(式中、mは、1又は2であり、nは、0又は1である)及び式M(OR')4の化合物を含み得る。
工程b)は、疎水性溶媒中で実施することができる。疎水性溶媒は、トルエン、ベンゼン、クロロホルム、ジエチルエーテル、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン若しくはシクロペンタン、又はこれらのいずれか2つ以上の混合物であり得る。疎水性溶媒は、水不溶性であり得る。これに関連して、「不溶性」は、15000mg/L未満、又は10000、5000、1000、500、100、50、20、10、5、2若しくは1mg/L未満、又は約15000〜5mg/L、又は15000〜5000、10000〜1000、5000〜10、10000〜100、100〜10、50〜5、10〜1若しくは5〜1mg/Lの間、例えば、15000、10000、5000、1000、500、100、50、20、10、5、2若しくは1mg/Lの25℃での水に対する溶解度を有することを意味し得る。疎水性溶媒は、水と混合したとき水から分離するものであり得る。水への疎水性溶媒の、及び疎水性溶媒への水のある程度の溶解があり得ることは、認識されよう。
工程c)は、工程b)で形成した加水分解性基を化学量論量の水と反応させる工程を含み得る。工程c)は、工程b)で形成した加水分解性基を存在する実質的に過剰でない水と反応させる工程を含み得る。水の化学量論量は、以下の式(式4〜6)を用いて決定することができ、式の選択は、工程b)が工程a)のシラノール基をi)式RnSi(OR')4-n(式中、Rは、アルキル基であり、nは、0又は1である)のケイ素化合物(式4)、ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシラン(式中、mは、1又は2であり、nは、0又は1である)(式5)、又はiii)式M(OR')4の化合物(式6)と反応させる工程を含むかどうかに依存し得る。
-O-Si-O-Si-(OR')3 + 3H2O → -O-Si-O-Si-(OH)3 + 3R'OH …式4
-O-Si-O-(R'O)2Si-R" + 2H2O → -O-Si-O-(HO)2Si-R" + 2R'OH …式5
-O-Si-O-M-(OR')3 + 3H2O → -O-Si-O-M-(OH)3 + 3R'OH …式6
水の化学量論量は、約1:1モル比の加水分解性OR'基対水であり得る。加水分解性OR'基対水のモル比は、約0.5:1〜1.5:1、0.75:1〜1.25:1、0.75:1〜1.5:1、0.75:1〜1:1、0.8:1〜1.2:1、0.9:1〜1.1:1の間であり得、又は約0.5:1、0.6:1、0.70:1、0.75:1、0.80:1、0.85:1、0.90:1、0.95:1、1.00:1、1.05:1、1.10:1、1.15:1、1.20:1、1.25:1、1.30:1、1.4:1若しくは1.5:1であり得る。したがって、「ほぼ化学量論量の水」という用語は、約0.5:1〜約1.5:1の間、又は約0.75:1〜1.25:1、0.75:1〜1.5:1、0.75:1〜1:1、0.8:1〜1.2:1、0.9:1〜1.1:1の間、又は約0.5:1、0.6:1、0.70:1、0.75:1、0.80:1、0.85:1、0.90:1、0.95:1、1.00:1、1.05:1、1.10:1、1.15:1、1.20:1、1.25:1、1.30:1、1.4:1若しくは1.5:1の加水分解性OR'基対水のモル比を意味し得る。工程c)におけるほぼ化学量論量の水を加える利点は、シリカ表面に結合した化合物上の加水分解性基の-OH基への変換が、著しい非化学量論量が用いられる場合より高いと考えられることである。工程c)における化学量論量の水を加える更なる利点は、その後の工程d)において、アミノアルキルシラン及び/又は式M(OR')4の化合物とシリカ表面に直接若しくは間接的に結合した-OH基との縮合反応が、著しい非化学量論量が用いられる場合と比べて増大することである。シリカ表面上の加水分解性基と反応しない工程c)で加えられた過剰の水は、工程d)の化合物との縮合反応を自由に受けることになるが、これらの化合物は、シリカの表面に共有結合し得ないので、そのような反応は、シリカ吸着剤の表面の官能基化をもたらさないこととなる。
工程d)において、工程c)で形成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される1つ又は複数の試薬と反応させることができる。工程d)において、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシランは、(アミノアルキル)アルキルジアルコキシアルキルシランであり得る。アルキル基は、Rについて上述した通りであり得る。工程b)ii)において、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシランは、アミノアルキルトリアルコキシシランであり得る。式R"mRnSi(OR')4-n-mにおいて、nは0であり得、又はnは1であり得る。式R"mRnSi(OR')4-n-mにおいて、mは1であり得、又はmは2であり得る。したがって、アミノアルキルシランは、式R"Si(OR')3、R"2Si(OR')2又はR"RSi(OR')2のアミノアルキルシランであり得る。ケイ素に結合した加水分解性基は、アルコキシ基であり得る。加水分解性基は、上述のようにOR'であり得る。アミノアルキル基R"は、上述のように第一級、第二級又は第三級アミンを含む直鎖状又は分枝状アミノ置換アルキル基であり得る。ケイ素に結合したアミノ置換アルキル基の1つ又は複数は、上述のように置換基として、1つ又は複数のN-(アミノアルキル)基も含み得る。工程d)において、式M(OR')4の化合物は、Zr(OR')4又はTi(OR')4であり得、式中、加水分解性基OR'は、上述の通りであり得る。式M(OR')4の化合物は、Hf(OR')4、Sn(OR')4、Th(OR')4、Pb(OR')4又はGe(OR')4であり得、式中、加水分解性基OR'は、上述の通りであり得る。工程b)iii)において、式M(OR')4の化合物は、例えば、Ti(OCH2CH3)4、Ti(OCH3)4、Ti(OCH2CH2CH3)4、Ti(OCH(CH3)2)4、Zr(OCH2CH3)4、Zr(OCH3)4、Zr(OCH2CH2CH3)4、Zr(OCH(CH3)2)4、Hf(OCH2CH3)4、Hf(OCH3)4、Hf(OCH2CH2CH3)4、Hf(OCH(CH3)2)4、Sn(OCH2CH3)4、Sn(OCH3)4、Sn(OCH2CH2CH3)4、Sn(OCH(CH3)2)4、Th(OCH2CH3)4、Th(OCH3)4、Th(OCH2CH2CH3)4、Th(OCH(CH3)2)4、Pb(OCH2CH3)4、Pb(OCH3)4、Pb(OCH2CH2CH3)4、Pb(OCH(CH3)2)4、Ge(OCH2CH3)4、Ge(OCH3)4、Ge(OCH2CH2CH3)4、又はGe(OCH(CH3)2)4であり得る。工程d)において、工程c)で形成したヒドロキシル基をケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mの少なくとも1つのアミノアルキルシラン(式中、mは1又は2であり、nは0又は1である)及び式M(OR')4の少なくとも1つの化合物の混合物と反応させることができる。
工程d)は疎水性溶媒中で実施することができる。疎水性溶媒は、工程b)に関して上述した通りであり得る。
工程e)は、工程d)で形成した加水分解性基を化学量論量の水と反応させる工程を含み得る。水の化学量論量は、以下の式(式7及び8)を用いて決定することができ、式の選択は、工程d)が工程c)のシラノール基をケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-mのアミノアルキルシラン(式中、mは、1又は2であり、nは、0又は1である)(式7)、又は式M(OR')4の化合物(式8)と反応させる工程を含むかどうかに依存し得る。
-O-Si-O-(R'O)2Si-R" + 2H2O → -O-Si-O-(OH)2Si-R" + 2R'OH …式7
-O-Si-O-M-(OR')3 + 3H2O → -O-Si-O-M-(OH)3 + 3R'OH …式8
水の化学量論量は、1:1モル比の加水分解性OR'基対水であり得る。加水分解性OR'基対水のモル比は、約0.5:1〜1.5:1、0.75:1〜1.25:1、0.75:1〜1.5:1、0.75:1〜1:1、0.8:1〜1.2:1、0.9:1〜1.1:1の間であり得、又は0.5:1、0.6:1、0.70:1、0.75:1、0.80:1、0.85:1、0.90:1、0.95:1、1.00:1、1.05:1、1.10:1、1.15:1、1.20:1、1.25:1、1.30:1、1.4:1若しくは1.5:1であり得る。工程e)における化学量論量の水を加える利点は、工程c)について上述した通りである。
工程d)及びe)は、1回実施することができ、又は反復することができる。工程d)及びe)は、少なくとも2回、又は2〜10回、2〜5回、3〜10回の間、又は少なくとも2、3、4、5、6、7若しくは8回反復することができる。工程d)及び工程e)を反復する場合、工程d)は、工程e)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群からそれぞれ独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程を含み得る。
シリカ基材の調製
工程a)の多孔性シリカ基材は、
A)ケイ酸塩の水溶液中のナノ粒子状物質の懸濁液を準備する工程と、
B)ゲルを形成するために前記水溶液を酸性化する工程と、
C)前記ゲルを加熱して、モノリスを形成する工程と、
D)前記モノリスから粒子状材料を形成する工程と、
E)粒子状材料からナノ粒子状物質を抽出するために前記粒子状材料を抽出溶液で処理する工程と
によって作製することができる。
工程A)において、ナノ粒子状物質は、ゾルを形成し得る。次いでゾルは、その周りに工程B)のゲルが形をなす鋳型として用いられ、得られたゲルに可溶性包含物を含めさせることができる。工程C)において、ゲルは、固化して、ほぼ均一に分布した包含物を含む、多孔性マトリックス又はモノリスを形成し得る。次いで、これらの包含物を工程E)において抽出溶液により溶解して、多孔性マトリックス中にほぼ均一に分布した空隙を残すことができ、空隙は、規定のサイズを有する包含物を含み、細孔は、異なる規定のサイズを有する包含物空隙を接続する。これにより、得られた多孔性シリカ粒子状材料又は粉末における細孔径又は空隙の二峰性分布がもたらされ得る。
工程A)において、ナノ粒子状物質は、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物又はランタノイド酸化物、例えば、酸化ランタンを含み得る。工程A)において、ナノ粒子状物質は、金属炭酸塩、例えば、遷移金属炭酸塩、例えば、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム又は炭酸バリウムを含み得る。ナノ粒子状物質は、遷移金属酸化物又は金属炭酸塩を含み得るが、適切な粒径の他の溶解性/除去可能物質を用いることができる。二酸化マンガンは、過マンガン酸塩の還元によりin situで形成させることができる。過マンガン酸塩は、I族塩、例えば、過マンガン酸ナトリウム又は過マンガン酸カリウムであり得る。過マンガン酸塩の還元は、水溶液中で行うことができる。水溶液は、還元剤、例えば、水溶性アルコール、例えば、メタノール、エタノール又はプロパノールを含み得る。工程A)のナノ粒子状物質は、遷移金属酸化物ゾルを構成し得る。したがって、遷移金属酸化物ゾルは、二酸化マンガンゾルであり得る。工程A)におけるケイ酸塩は、I族ケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムであり得る。ケイ酸塩は、他の水溶性ケイ酸塩であり得る。ケイ酸塩は、メタケイ酸塩であり得る。
工程B)において、「酸性化する」は、工程A)における溶液のpHに比べて溶液のpHの低下を達成することを意味すると解釈することができる。工程B)において、水溶液の酸性化は、溶液に酸及び/又はpH緩衝液を加えることを含み得る。酸は、鉱酸、例えば、HCl、H2CO3、H2SO4、HNO3又はH3PO4であり得る。酸は、有機酸、例えば、酢酸又はクエン酸であり得る。工程B)から得られる酸性化水溶液のpHは、pH10、9.5、9、8.5、8、8.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5若しくはpH3未満、又は約pH10〜3、10〜7、7〜3、6〜3、5〜4若しくは8〜6の間、例えば、pH7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5若しくはpH3であり得る。
工程B)で形成されたゲルを加熱して、モノリスを形成する工程を含む、工程C)は、工程B)で形成されたゲルを約70〜110℃の間、又は約75〜110、80〜110、80〜100、90〜110若しくは90〜100℃の間の温度に加熱する工程を含み得る。工程C)におけるゲルの加熱は、密封容器を用いて自原性圧力のもとで実施することができる。工程C)で形成されたモノリスは、その後に約60℃、又は約40〜70℃の間、又は約40、45、50、55、60、65若しくは70℃で乾燥することができる。工程C)で得られた多孔性モノリスは、そのまま(すなわち、工程D)で述べるように、それから粒子状材料を形成させることをせずに)工程E)で用いることができる。或いは、工程C)で得られた多孔性モノリスは、粒子状材料を形成するために工程D)にかけることができる。したがって、工程D)において、粒子状材料の形成は、モノリスを粒子に摩砕する工程を含んでいてもよく、又はモノリスを研磨する工程を含んでいてもよく、又はモノリスを粉砕する工程を含んでいてもよく、又はモノリスから粒子状材料を形成するための他の何らかの工程を含んでいてもよい。工程D)において、得られた粒子状材料は、約100μm未満、又は95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20若しくは15μm未満、例えば、約100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20若しくは15μmの平均粒径を有し得る。工程D)は、粒径を制御し、且つ/又は所望の範囲外(上回る且つ/又は下回る)のサイズの粒子を除去するためのふるい分け又は製粉又は当業者に公知の他の方法を更に又は代替方法として含み得る。粒子状材料は、粉末を含み得る。工程E)で得られた粒子状材料は、その後乾燥することもできる。それは、Si-OH基が縮合してSi-O-Si結合を形成する温度を下回る温度で、例えば、約145〜140℃の温度で、又は約145℃未満、若しくは約140、135、130、125、120、110、100℃未満の温度で、又は約140〜100℃、100〜80若しくは130〜80℃の間、例えば、約145、140、135、130、125、120、110若しくは100℃で乾燥することができる。Si-OH基が縮合してSi-O-Si結合を形成する温度は、当業者に公知の方法、例えば、熱重量分析により測定することができる。乾燥は、粒子状材料に真空又は部分真空をかけることによって促進することができる。
工程E)は、粉末からナノ粒子状物質を抽出し得る。ナノ粒子状物質は、ナノ粒子状物質を溶解し、且つ/又はナノ粒子状物質を分解し、且つ/又はナノ粒子状物質と反応させて、可溶性種を形成することによって抽出することができる。ナノ粒子状物質は、遷移金属酸化物であり得る。抽出溶液は、還元剤を含み得る。還元剤は、遷移金属酸化物を還元して、小可溶性遷移金属イオンを形成し得る。還元剤は、酸化マンガンを還元して、小可溶性マンガン金属イオンを形成し得る。還元剤は、シュウ酸であり得る。シュウ酸は、MnO2.xH2OにおけるMn4+をMn2+イオンに還元し得る。
吸着材
本発明による吸着材は、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含み得、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価原子Mからなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含む。
多孔性シリカの表面上の複数のオリゴマー鎖は、シリカの内部細孔表面若しくは粒子外表面上に、又はシリカの内部細孔及び粒子外表面上の両方に存在し得る。オリゴマー鎖は、それぞれが多孔性シリカの表面への単一の結合点を有し得るか、又はそれぞれが表面への少なくとも1つの結合点を有し得る。結合点は、単O-M結合であり得、Oは、多孔性シリカ基材の表面上の1個又は複数のケイ素原子に結合し、Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである。多孔性シリカの表面上の「複数」のオリゴマー鎖は、表面上の多数のオリゴマー鎖を意味し得、例えば、オリゴマー鎖は、シリカの表面上のすべての利用できるシラノール(Si-OH)基に、又は表面上の実質的にすべての利用できるシラノール基に、又は例えば、すべての第2、第3、第4、第5若しくは第6の利用できるシラノール基に結合させることができる。「複数」のM-OH部分は、多数のM-OH部分、例えば、オリゴマー鎖当たり2つ以上のM-OH部分、又は各オリゴマー鎖におけるM原子当たり少なくとも1つのM-OH部分を含む各オリゴマー鎖に適用され得る。「複数」のM-OH部分は、各オリゴマー鎖におけるM原子当たり複数のM-OH部分に適用され得る。
オリゴマー鎖の主鎖は、交互の酸素及び四価M原子、例えば、・・・M-O-M-O-M-O・・・を含み得る。オリゴマー鎖の主鎖は、・・・M-O-M-O-M-O・・・結合の最長の連続ネットワークと解釈することができる。多孔性シリカの表面上のオリゴマー鎖、又はその主鎖は、直鎖状であってもよく、又は分枝状であってもよい。オリゴマー鎖の主鎖は、最大18個のM-O単位を含み得、例えば、それらは、18、15、10又は5個未満のM-O単位、例えば、約18〜10個の間のM-O単位、12〜5個のM-O単位又は7〜3個のM-O単位、例えば、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4又は3個のM-O単位を含み得る。オリゴマー鎖が分枝状である場合、オリゴマー鎖の主鎖は、全体で18個以下のM-O単位を含み得る。オリゴマー鎖の主鎖は、代わりに、18個以下のM-O単位の全長、例えば、18、15、10又は5個未満のM-O単位、例えば、約18〜10個の間のM-O単位、12〜5個の間のM-O単位又は7〜3個の間のM-O単位、例えば、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4又は3個のM-O単位の長さを有し得る。各オリゴマー鎖の結合点が単O-M結合であり、Oが多孔性シリカ基材の表面上の1個又は複数のケイ素原子に結合している場合、上述のようにオリゴマー鎖の主鎖における最大18個のM-O単位を数える場合、この最初のOを除外することができる。
各四価M原子は、4つの単結合を形成し得る。各四価M原子は、四面体構造を有し得る。各四価M原子は、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり得、例えば、各M原子は、独立にSi、Zr又はTiであり得る。各オリゴマー鎖は、すべてのM原子がSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである、M原子を含み得る。オリゴマー鎖当たりの少なくとも1つのMは、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり得、例えば、オリゴマー鎖当たりの少なくとも1つのMは、Siでなくてもよい。オリゴマー鎖当たりの少なくとも1つのMは、Zr又はTiであり得る。「四価M原子」という用語は、四価Mイオンを意味し得るか、又は4つの単共有結合の形成の前に四価であったM原子(例えば、M4+イオン)を意味し得るか、又はその出発化合物におけるM原子、例えば、RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)におけるSi、R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)におけるSi、若しくはM(OR')4(式中、各OR'は加水分解性基である)におけるMの形式酸化状態を意味し得るか、又は形成されたオリゴマー鎖におけるM原子の形式酸化状態を意味し得ることが、当業者により理解されよう。
各オリゴマー鎖は、・・・M-O-M-O-M-O・・・主鎖及び複数のM-OH部分に加えて、少なくとも1つのアミノアルキル基を更に含み得る。少なくとも1つのアミノアルキル基は、オリゴマー鎖におけるSi原子に結合され得る。オリゴマー鎖主鎖における各Si原子に結合したアミノアルキル基が存在し得る。アミノアルキル基は、アミノ置換アルキル基、例えば、アミノメチル、アミノエチル、アミノプロピル、アミノブチル、アミノペンチル、アミノヘキシル、アミノヘプチル、アミノオクチル、アミノノニル又はアミノデシルであり得る。アミノアルキル基は、直鎖状又は分枝状であり得る。アミノアルキル基は、第一級、第二級又は第三級アミンを含み得る。アミノアルキル基のアルキル鎖は、15個未満の炭素原子を含み得るか、又は長さが15個未満の炭素原子であり得、例えば、15個未満、又は13、10、8、6、4若しくは2個未満の炭素原子を有し得、例えば、15〜1個の間の炭素原子、又は15〜8個、10〜5個若しくは8〜1個の間の炭素原子を有し得、例えば、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2若しくは1個の炭素原子を有し得るか、或いは長さが15個未満の炭素原子、又は13、10、8、6、4若しくは2個未満の炭素原子であり得、例えば、長さが15〜1個の間の炭素原子、又は15〜8個、10〜5個若しくは8〜1個の間の炭素原子であり得、例えば、長さが15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2若しくは1個の炭素原子であり得る。アミノ置換アルキル基の1つ又は複数は、置換基として、1つ又は複数のN-(アミノアルキル)基も含み得る。各N-(アミノアルキル)基は、独立にアミノ置換アルキル基、例えば、N-アミノメチル、N-アミノエチル、N-アミノプロピル、N-アミノブチル、N-アミノペンチル、N-アミノヘキシル、N-アミノヘプチル、N-アミノオクチル、N-アミノノニル又はN-アミノデシルであり得る。各N-アミノアルキル基は、独立に直鎖状又は分枝状であり得る。各N-アミノアルキル基は、独立に第一級、第二級又は第三級アミンを含み得る。各N-アミノアルキル基におけるアルキル鎖は、アミノアルキル基のアルキル鎖について上述した通りであり得る。アミノアルキル基は、-C3H6NH2、-C3H6NHC2H4NH2、-C3H6N(CH3)2、-C3H6N(C2H5)2、-C3H6NH(CH3)又は-C3H6NH(C2H5)、-C2H4N(C2H5)2又は-CH2N(C2H5)2であり得る。
一実施形態において、吸着材は、その表面上に式-O(MOAX)nHn+1の複数の基を有する多孔性シリカを含み、式中、
各Mは、独立にSi、Zr又はTiであり、
各Aは、独立にO又は(CH2)mであり、mは、1〜6であり、
各Xは、独立にOH又はアミノアルキル基であり、
nは、2〜5であり、
ただし、式-O(MOAX)nHn+1の前記基のいずれもM-(CH2)m-M基を含まない。少なくとも1つのMは、Zr又はTiであり得る。各Aは、O又は(CH2)mであり得、mは、1〜6である。各Aは、(CH2)、(CH2)2、(CH2)3、(CH2)4、(CH2)5、又は(CH2)6であり得る。(CH2)m鎖は、直鎖状又は分枝状であり得る。各Aは、O又は(CH2)mであり得、mは、1又は2である。各Xは、OH又はアミノアルキル基であり得る。少なくとも1つのXは、アミノアルキル基であり得、アミノアルキル基は、上述の通りである。本発明による吸着材は、その表面上に式-O(MOAX)nHn+1の複数の基を有する多孔性シリカを含み得、式中、nは、2〜5、2〜4、2〜3、3〜5若しくは3〜4であり得るか、又はnは、2、3、4若しくは5であり得、nは、整数でなければならない。
別の実施形態において、吸着材は、その表面上に式-O4-z(M)AiXz-i-kR"kの複数の基を有する多孔性シリカを含み、式中、
各Mは、独立にTi、Zr、Hf、Sn、Th、Pb、Si又はGeであり、
各Aは、独立にOH又はRであり(Rは、アルキル基CnH2n+1であり、nは、1〜18である)、
各R"は、アミノアルキル基[(CH2)m-(アミノ基1)]であり、mは、1〜6であり、
各Xは、式[(OM')j{(OH)a(CbH2b+1)c[(CH2)d-(アミノ基2)]c}{(OM")f(OH)g(ChH2h+1)p[(CH2)q-(アミノ基3)]v}]の[M'(オキソ-ヒドロキシル-アルキル-アミノアルキル)M"(オキソ-ヒドロキシル-アルキル-アミノアルキル)]基であり、式中、各M'は、独立にSi、Ti、Zr又はHfであり、各M"は、独立にSi、Ti、Zr又はHfであり、zは、1〜3であり、iは、0〜3であり、(i+k)は、0〜3であり、jは、0又は1であり、aは、0〜3であり、bは、1〜6であり、cは、0〜3であり、dは、1〜6であり、eは、0〜3であり、(a+c+e)は、3であり、fは、0又は1であり、gは、0〜3であり、hは、1〜6であり、pは、0〜3であり、qは、1〜6であり、vは、0〜3であり、(g+p+v)は、3である。
吸着材は、約2〜約10nmの間の平均細孔径を有し得る。吸着材は、「シリカ基材」と題する項における工程a)に関して述べたような平均細孔径を有し得る。吸着材は、二峰性細孔径分布を有し得る。この場合、2〜約6nm、例えば、約4nmの平均径を有する細孔の第1の集団、及び6〜約10nm、例えば、約8nmの平均径を有する細孔の第2の集団が存在し得る。細孔の第1及び第2の集団は、「シリカ基材」と題する項における工程a)に関して述べた通りであり得る。吸着材は、粒子状であり得る。吸着材は、約100μm未満の平均粒径を有し得る。粒径は、「シリカ基材」と題する項における工程a)に関して述べた通りであり得る。吸着材は、約300〜約1000m2/gの間の比表面積を有し得る。それは、約0.5mL/g〜約1.5mL/gの間、又は約0.5〜約1.0、0.9〜1.3、1.0〜1.5の間、又は約0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4若しくは1.5mL/gの空隙容積を有し得る。吸着材の表面積又は空隙容積は、「シリカ基材」と題する項における工程a)に関して述べた通りであり得る。吸着材は、表面修飾シリカであり得る。
吸着材表面は、例えば、以下の構造A〜H及びMのいずれか1つに示すように官能基化することができ、式中、Xは、OH又はアミノアルキル基(R")であり、Mは、上述のようにSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである。
有利なことに、モリブデンに対する上記の吸着材のいずれか1つ又は複数の吸着容量は、400mg Mo/g吸着剤を超える、又は450、500、550、600、650、700、750若しくは800mg Mo/g吸着剤を超える、例えば、約400〜1000mg Mo/g吸着剤の間、又は約450〜600、又は500〜800、又は700〜1000mg Mo/g吸着剤の間、例えば、400、450、500、550、600、650、700、750又は800mg Mo/g吸着剤である。
有利なことに、タングステンに対する上記の吸着材のいずれか1つ又は複数の吸着容量は、約700mg W/g吸着剤を超える、又は800、900、1000、1200、1400、1600、1800若しくは2000mg W/g吸着剤を超える、例えば、約700〜2000mg W/g吸着剤の間、又は約700〜1500、1200〜1800、又は1500〜2000mg W/g吸着剤の間、例えば、約700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800又は2000mg W/g吸着剤である。
精製及び/又は濃縮方法
本発明はまた、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法に関し、前記方法は、
a)1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
を含む。
標的及び混入物種
「金属イオンの混合物」という用語は、混入物種及び/又は標的種が金属イオンである、混入物種及び標的種の混合物を意味し得る。金属イオンを構成する「金属」は、適切な金属、例えば、遷移金属、ランタノイド若しくはアクチノイド金属、I族若しくはII族金属、又はメタロイドであり得る。「金属イオン」という用語は、本明細書で用いているように、多原子金属イオン種、例えば、金属イオン錯体を含む、金属イオン種を意味し得る。例えば、「金属イオン」という用語は、当溶液のpH及び塩濃度によって、MO4 -若しくはMO4 2-イオン(式中、Mは、本明細書で述べた金属である)を含み得るか、或いは1つ若しくは複数の金属イオン並びに1つ若しくは複数のオキソ、ヒドロキソ、クロロ及び/又は水溶液中にある場合アクア配位子を含む金属イオン錯体を含み得る。
本明細書で用いているように、「標的種」という用語は、後の使用のために収集されることが望まれる、あらゆる種、例えば、イオン又は金属イオンを意味し得る。例えば、いくつかの実施形態において、標的種は、金属、及び特に、核医学において有用である金属の放射性同位体を含む種である。「標的種」という用語は、イオン、例えば、金属を含む金属イオン、及び特に、核医学で有用である金属の放射性同位体を意味し得る。標的種がイオンである場合、標的種が水溶液中にある場合に存在する1つ又は複数の対イオンが存在することは、理解されよう。
本明細書で用いているように、「混入物種」という用語は、後の使用のために収集されることが望まれない、あらゆる種、例えば、イオン又は金属イオンを意味し得る。例えば、いくつかの実施形態において、混入物種は、核医学において有用でない金属を含む種であり、例えば、混入物種は、標的種の崩壊生成物、又は標的種の親若しくは前駆体種である。混入物種がイオンである場合、混入物種が水溶液中にある場合に存在する1つ又は複数の対イオンが存在することは、理解されよう。
上記の工程a)において、1つ又は複数の混入物種を含む溶液は、式[Z1O4]2-(式中、Z1は、Moであり得るか、又はWであり得る)の混入物種を含み得、例えば、混入物種は、[MoO4]2-であり得るか、又は[WO4]2-であり得る。上記の工程a)において、1つ又は複数の標的種を含む溶液は、式[Z2O4]-(式中、Z2は、Tc又はReであり得る)の標的種を含み得、例えば、標的種は、[TcO4]-であり得るか、又は[ReO4]-であり得る。Z1が放射性、例えば、99Mo若しくは188Wであり得るか、又はZ2が放射性、例えば、99mTc若しくは188Reであり得るか、又はZ1及びZ2の両方が放射性であり得る。したがって、上記の工程a)において、混入物種は、[99MoO4]2-であり得るか又は[188WO4]2-であり得、標的種は、[99mTcO4]-であり得るか又は[188ReO4]-であり得、例えば、混入物種が[99MoO4]2-である場合、標的種は[99mTcO4]-であり得、又は混入物種が[188WO4]2-である場合、標的種は[188ReO4]-であり得る。
上記の工程a)において、混入物種は、D4+イオンであり得、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択することができる。混入物種は、例えば、Ti4+、Ge4+、Zr4+、Sn4+又はHf4+であり得る。上記の工程a)において、標的種は、X3+イオンであり得、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択することができる。標的種は、例えば、Sc3+、Ga3+、Y3+、In3+又はLu3+であり得る。Dが放射性、例えば、44Ti、68Ge、89Zr、110Sn、113Sn若しくは172Hfであり得るか、又はXが放射性、例えば、44Sc、68Ga、89mY、110mIn、113mIn若しくは172Luであり得るか、又はD及びXの両方が放射性であり得る。Xが44Scである場合、Dは、44Tiであり得る。Xが68Gaである場合、Dは、68Geであり得る。Xが89mYである場合、Dは、89Zrであり得る。Xが110mInである場合、Dは、110Snであり得る。Xが113mInである場合、Dは、113Snであり得る。Xが172Luである場合、Dは、172Hfであり得る。このパラグラフ及び他所で述べた「X3+」及び「D4+」イオンが水溶液中で水和され、且つ/又はヒドロキシル化され得ることは、当業者により理解されよう。例えば、それらは、[X(OH)3-y]y+(式中0≦y≦3)若しくは[X(OH)3+i]i-(式中1≦i≦3)の形であり得るか、又は[D(OH)4-w]w+(式中0≦w≦4)若しくは[D(OH)4+j]j-(式中1≦j≦4)の形であり得る。このパラグラフ及び他所で述べた「X3+」及び「D4+」イオンは、水溶液が塩化物イオンを含む場合、水溶液中でX3+及びD4+イオンのクロロ錯体であり得、したがって、[X(Cl)3-y]y+(式中0≦y≦3)若しくは[X(Cl)3+i]i-(式中1≦i≦3)の形であり得るか、又は[D(Cl)4-w]w+(式中0≦w≦4)若しくは[D(Cl)j+4]j-(式中1≦j≦4)の形であり得る。このパラグラフ及び他所で述べた「X3+」及び「D4+」イオンは、水溶液中でオキソ、ヒドロキソ、クロロ及び/又はアクア配位子のいずれか1つ又は複数を含む混合配位子錯体でもあり得る。水性錯体の式を決定する方法は、当技術分野で公知であり、例えば、UV可視分光法、イオン交換、伝導度等を含む。
1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む工程a)の準備された溶液は、食塩溶液を更に含み得る。食塩溶液は、適切な可溶性塩を含み得、例えば、それは、塩化ナトリウム若しくはアンモニウム又は別のI若しくはII族塩化物、例えば、塩化カリウム、或いは水溶性アンモニウム又はI若しくはII族硫酸塩、炭酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、塩化物、硝酸塩、ヨウ化物若しくは臭化物を含み得る。総塩濃度は、適切な濃度であり得、例えば、それは、約0.1M、又は約0.01〜約1Mの間、又は約0.01〜約0.1、0.1〜1、0.05〜0.5若しくは0.5〜1の間、例えば、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9若しくは1Mであり得る。総塩濃度は、約1%(質量/容積)、又は約0.1〜約10%(質量/容積)の間、又は約0.1〜約1、1〜2、1〜5、1〜10、5〜10若しくは6〜8%(質量/容積)の間、例えば、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5若しくは10%(質量/容積)であり得る。塩が塩化ナトリウムである場合、総塩濃度は、約0.1〜約10%(質量/容積)であり得る。塩がアンモニウム又はI若しくはII族硝酸又は酢酸塩である場合、濃度は、約5M、例えば、約1M〜約10Mの間、又は約0.1〜8M、0.1〜1M、1〜6M、4〜10M若しくは4〜6Mの間、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9若しくは10Mであり得る。総塩濃度は、溶液中の対イオンの総濃度であり得る。1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む工程a)の準備された溶液は、水を含み得る。
上記の工程b)における吸着材は、「吸着材」と題する項で上述した通りであり得、例えば、吸着材は、粒子状であり得る。上記の工程b)における吸着材は、「吸着材の製造」と題する項で述べた方法により製造することができる。吸着材の選択は、以下の項で述べるように吸着剤の所望の機能によって左右され得る。特に、本発明の吸着材は、特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる、或いは特定の標的種、例えば、過テクネチウム酸([TcO4]-)及び/又は過レニウム酸([ReO4]-)を保持し、且つ/又は可逆的に結合することができる可能性があり、したがって、放射性同位体分離、精製及び/又は濃縮法に用いるのに、また99mTc及び188Reジェネレータの製造に用いられる方法に適し得る。
例えば、一実施形態において、オリゴマー鎖が複数のM-OH部分を含むように吸着材を選択し、オリゴマー鎖がアミノアルキル基を欠き、少なくとも1つのMがSiでない場合、吸着材を精製(「キャッチウィズアウトリリース」)プロセスに適用する。「キャッチウィズアウトリリース」プロセスに用いられる吸着材は、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項において下文で述べるように特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる可能性がある。
別の実施形態において、オリゴマー鎖が複数のM-OH部分及び複数のアミノアルキル基を含み、少なくとも1つのMがSiであるように吸着材を選択し、吸着材を精製及び/又は濃縮(「キャッチアンドリリース」)プロセスに適用する。「キャッチアンドリリース」プロセスに用いられる吸着材は、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項において下文で述べるように特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる可能性があり、特定の標的種、例えば、過テクネチウム酸([TcO4]-)及び/又は過レニウム酸([ReO4]-)を保持し、且つ/又は可逆的に結合することができる可能性がある。
更に別の実施形態において、オリゴマー鎖が複数のSi-OH部分及び複数のアミノアルキル基を含み、すべてのM原子がSiであるように吸着材を選択し、吸着材を精製及び/又は濃縮(「キャッチアンドリリース」)プロセスに適用する。「キャッチアンドリリース」プロセスに用いられる吸着材は、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)」と題する項において下文で述べるように特定の標的種、例えば、過テクネチウム酸([TcO4]-)及び/又は過レニウム酸([ReO4]-)を保持し、且つ/又は可逆的に結合することができる可能性がある。
上記の実施形態において、工程b)の接触させる工程は、工程a)の溶液を吸着材に通す工程を含み得る。溶液を吸着材に通す適切な手段、例えば、溶液を吸着材を含むカラムに通すことを用いることができる。通す工程は、圧力下で実施することができ、又は重力を用いて実施することができる。
精製「キャッチウィズアウトリリース」
上述の精製及び/又は濃縮方法の一実施形態において、多孔性シリカを含む吸着材は、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有し、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは、複数のM-OH部分を含み、各Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、吸着材のオリゴマー鎖は、Siでない少なくとも1つのMを含む。吸着材は、有利なことにアミノアルキル基を欠いている。
例えば、吸着材は、以下の非限定的な構造(i)〜(v)に示すようなオリゴマー鎖のいずれか1つ又は複数により官能基化することができ、式中、各Mは独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、少なくとも1つのMはSiでない。
精製(「キャッチウィズアウトリリース」)プロセスに適用される吸着材は、以下のパラグラフで述べるように特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを含む[Z1O4]2-イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる可能性がある。「キャッチウィズアウトリリース」プロセスにおけるこの項で述べた吸着材を使用することにより、混入物イオンが不可逆的に結合し得る複数のM-OH部位が有利なことに提供され、これがひいては溶液中の又は溶液からの標的種の分離及び/又は精製の助けとなり得る。
工程a)において、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液は、「標的及び混入物種」と題する上記の項で述べた通りであり得る。溶液は、「標的及び混入物種」と題する上記の項でも述べたように食塩水を含み得る。
工程b)の吸着材がこの項で述べた通りである、「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法において、工程b)の接触させる工程は、混入物種[Z1O4]2-が吸着材に不可逆的に結合することをもたらし得る。不可逆結合は、少なくとも1つのM-O-Z1結合の形成を含み得、式中、Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、例えば、Mは、Si、Zr又はTiである。それは、M当たり又はZ1当たり少なくとも2つのM-O-Z1結合の形成を含み得る。それは、M及びZ1金属中心間のビス-μ-オキソ架橋の形成を含み得る。「不可逆結合」という用語は、多孔性シリカ基材の表面に共有結合したオリゴマー鎖におけるM-OH部分又はMO4単位への[Z1O4]2-イオンの共有結合を含み得る。「不可逆結合」は、[Z1O4]2-イオンが再可溶化することを妨げ得る。「不可逆結合」は、多孔性シリカ吸着材の通常の使用条件下で[Z1O4]2-イオンが再可溶化することを妨げ得る。[Z1O4]2-イオンは、標的種が全く又は実質的に全く吸着材に不可逆的に結合しないように不可逆結合部位に対して[Z2O4]-標的イオンと競合し得る。「不可逆的に結合した」原子を検出することができる条件が存在し得るが、これらの条件は、通常の使用下では優勢である可能性がない、或いは以下で述べるように更なる再生工程なしには通常の使用下で優勢である可能性がないことは、理解されよう。
工程b)の吸着材がこの項で述べた通りである、「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法において、工程b)の接触させる工程は、混入物種D4+又はその水和物若しくはヒドロキソ錯体が吸着材に不可逆的に結合することをもたらし得る。不可逆結合は、少なくとも1つのM-O-D結合の形成を含み得、式中、Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、例えば、Mは、Si、Zr又はTiであり、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn又はHfである。それは、M当たり又はD当たり少なくとも2つのM-O-D結合の形成を含み得る。それは、M及びD金属中心間のビス-μ-オキソ架橋の形成を含み得る。「不可逆結合」という用語は、多孔性シリカ基材の表面に共有結合したオリゴマー鎖におけるM-OH部分又はMO4単位へのD4+、[D(OH)3]+、[D(OH)2]2+若しくは[D(OH)]3+イオン、又は[D(OH)4]錯体の共有結合を含み得る。「不可逆結合」は、D4+、[D(OH)3]+、[D(OH)2]2+若しくは[D(OH)]3+イオン、又は[D(OH)4]錯体が再可溶化することを妨げ得る。
「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法において、工程b)で用いる吸着材は、アミノアルキル官能基を欠くことがあり得る。アミノアルキル官能基を欠く多孔性シリカ吸着剤は、金属イオンの混合物を含む溶液を精製するための方法の工程b)で用いることができる。この方法において、工程b)は、準備された溶液から最大100モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを除去するために実施することができる。工程b)の接触させる工程は、準備された溶液から100〜50モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを除去するために実施することができ、又は準備された溶液から100〜95、100〜85、95〜85、90〜60、若しくは85〜50モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを、例えば、準備された溶液から100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85、80、75、70、65、60、55若しくは50モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを除去するために実施することができる。アミノアルキル官能基を欠く多孔性シリカ吸着剤は、式[Z2O4]-又はX3+イオンの標的種が、吸着材に、又は吸着材の表面に、又は吸着材の表面に共有結合したMO4基に結合せずに吸着材を通過することを可能にし得るか、或いは式[Z2O4]-又はX3+の標的種が、[Z1O4]2-又はD4+イオンより吸着剤に強く結合しないことを可能にし得る。それは、式[Z2O4]-又はX3+の標的種が、吸着材に永久的に結合せずに吸着材を通過することを可能にし得る。アミノアルキル官能基を欠く多孔性シリカ吸着剤は、100モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種が吸着材を通過すること、或いは約100〜85%の間、又は約100〜95、100〜90、95〜85若しくは90〜85モル又は質量%の間の式[Z2O4]-又はX3+の標的種が吸着材を通過すること、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86若しくは85モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種が吸着材を通過することを可能にし得る。
工程c)は、工程b)の接触させる工程の後に吸着材から溶液を溶出液として分離する工程を含み得る。前記溶出液は、標的種及び微量の[Z1O4]2-又はD4+イオンを、例えば、約5ppm〜0.001ppmの間の[Z1O4]2-又はD4+イオンを、或いは約5ppm〜約1ppm、若しくは1〜0.1ppm、若しくは0.1〜0.01ppm、若しくは0.01〜0.001ppmの間、又は約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppm未満、例えば、約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppmを、或いは任意選択で吸着剤カラム上の標的及び/又は混入物種の総放射能当たり溶出液中標的及び/又は混入物種の約0.001%未満の放射能を含み得る。工程b)における吸着材と接触させる工程の後の工程c)の溶出液は、工程a)の準備された溶液に対して比較的により高い割合の標的種及び比較的により低い割合の混入物種を含み得、したがって、準備された溶液を精製すると言うことができる。例えば、工程b)における吸着材と接触させる工程の後の工程c)の溶出液は、溶液中標的イオンを本質的に含み得、例えば、溶出液は、精製された標的種を含み得る。したがって、該方法は、混入物イオンに強く、例えば、不可逆的に結合し、標的種を溶出液中に移行させることによって工程a)の準備された溶液を精製し得る。
精製(「キャッチウィズアウトリリース」)プロセスの構成の非限定的な例を図10に示す。図10において、生理食塩水溶離剤(A)はこの項で述べたように官能基化シリカ吸着剤を含むジェネレータカラム(B)に供給される。この項で述べた方法における工程a)の溶液である、このジェネレータカラムの溶出液は次に、上述のように混入物種を捕捉する、この項で述べたような吸着材も含む精製カラム(C)に通され、標的種を収集溶出液(D)中に移行させる。
上述の「キャッチウィズアウトリリース」プロセスは、d)吸着材を再生する工程を更に含み得、前記再生する工程は、再生液を吸着材に加える工程を含む。再生液は、工程b)の接触及び工程c)における溶出液の分離の後に吸着材に加えることができる。再生する工程は、再生液を吸着材に通す工程を含み得る。上述のように、吸着材は、工程c)の後、したがって再生液を加える前には、例えば、M-O-Z1又はM-O-D結合により結合した不可逆結合[Z1O4]2-又はD4+種を含み得る。有利なことに、再生液は、[Z1O4]2-又はD4+種が再生液中に移り、M-OH部分が吸着材の表面上で元の状態に戻されるようにM-O-Z1又はM-O-D結合を例えば、分裂させ、切断し、且つ/又は逆転することによって[Z1O4]2-又はD4+種の「不可逆結合」を逆転し得る。
工程d)の再生液は、塩基性であり得る。適切な塩基性溶液、例えば、水酸化物イオンを含む溶液を用いることができる。再生液は、1つ又は複数のI又はII族金属水酸化物、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの溶液を含み得る。それは、水酸化アンモニウムを含み得る。それは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び/又は水酸化アンモニウムの組合せを含み得る。再生液が水酸化物イオンを含む場合、再生液の総水酸化物イオン濃度は、約0.01〜1.0Mの間、例えば、約0.01〜0.1M、又は0.1〜0.6M、又は0.5〜1.0Mの間、例えば、約0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9又は1.0Mであり得る。
工程d)の再生する工程の後、吸着材は、約0.01%(質量/質量)未満のZ1又はD、又は約0.001〜1%(質量/質量)の間、又は約0.001〜0.01、若しくは0.01〜0.1、若しくは0.1〜1.0%(質量/質量)の間、例えば、約0.001、0.01、0.1、若しくは1.0%(質量/質量)を含み得る。%(質量/質量)単位は、工程b)及び/又は工程d)で用いられる吸着材の質量に対する要素Z1又はDの質量パーセントを表し得る。工程d)の再生する工程の後、吸着材は、方法において再使用することができる。
有利なことに、この項で述べた吸着材は、「吸着材」と題する項で述べたように、450mg Mo/g吸着剤を超えるモリブデンに対する吸着容量及び/又は約850mg W/g吸着剤を超えるタングステンに対する吸着容量を有する。
再生工程を含む精製(「キャッチウィズアウトリリース」)プロセスの構成の非限定的な例を図11に示す。図11において、生理食塩水溶離剤(A)はこの項で述べたように官能基化シリカ吸着剤を含むジェネレータカラム(K1)に供給される。この項で述べた方法における工程a)の溶液である、このジェネレータカラムの溶出液は次に、上述のように混入物種を捕捉する、この項で述べたような吸着材も含む精製カラム(K2)に通され、標的種が、ポンプ(P)により、収集溶出液(F)中に移される(EF-A)。収集後、0.5M NaOH溶液(B)はカラム(K2)に通されて、[Z1O4]2-又はD4+種の不可逆結合を逆転し、カラムを再生する。この工程により得られた溶出液(EF-B,C)は別個の容器(W)に収集される。最後に、水洗浄液(C)が加えられ、水洗浄液廃棄物は同じ別個の廃棄物容器(W)に収集される(EF-B,C)。
精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)
「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法の別の実施形態において、多孔性シリカを含む吸着材は、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有し、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは複数のM-OH部分を含み、各Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、吸着材のオリゴマー鎖はSiである少なくとも1つのM、少なくとも1つのSiに結合した少なくとも1つのアミノアルキル基及びSiでない少なくとも1つのMを含む。
例えば、吸着材は、以下の非限定的な構造(vi)〜(x)に示すオリゴマー鎖のいずれか1つ又は複数により官能基化することができ、式中、各Mは、独立にSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであるが、少なくとも1つのMは、Siでなく、R"は、アミノアルキル基、例えば、上記の「アミノアルキルシラン化合物」と題する項で述べたようなアミノアルキル基R"である。
精製及び/又は濃縮(「キャッチアンドリリース」)プロセスに適用される吸着材は、以下のパラグラフで述べるように特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる可能性があり、特定の標的種、例えば、過テクネチウム酸([TcO4]-)及び/又は過レニウム酸([ReO4]-)を保持し、且つ/又は可逆的に結合することができる可能性がある。「キャッチアンドリリース」プロセスにおけるこの項で述べた吸着材の使用により、混入物イオンが不可逆的に結合し得る複数のM-OH部位が有利なことに提供され、また有利なことに標的イオンが可逆的に結合し得る複数のアミノアルキル部位が提供され、これがひいては混入物種を含む溶液中又は溶液からの標的種の分離、精製及び/又は濃縮の助けとなり得る。
工程a)において、1つ又は複数の混入物種を含む溶液は、「標的及び混入物種」と題する項で述べた通りであり得、例えば、工程a)の溶液は、約0.1M〜約5Mの濃度の水溶性アンモニウム又はI若しくはII族硫酸、酢酸又は硝酸塩を含み得、約0.05%(質量/容積)未満の濃度の塩化ナトリウム溶液を更に含み得る。
「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法において、シリカの表面に共有結合された少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、Siである少なくとも1つのM及びSiでない1つのMを含む、この項で述べた工程b)の吸着材を用いて、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を精製することができ、工程b)の接触させる工程は、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べたように準備された溶液から最大100モル又は質量%の混入物種(例えば、[Z1O4]2-又はD4+イオン)を除去するために実施することができる。
同時に、シリカの表面に共有結合された少なくとも1つのアミノアルキル基を含む多孔性シリカ吸着材は、工程b)の接触中にアミノアルキル基への(例えば、式[Z2O4]-又はX3+の)標的種の可逆結合を可能にし得る。アミノアルキル基は、工程b)の接触中に正に荷電し得る。アミノアルキル基は、工程a)の溶液のpHが約6未満、又は約pH5〜pH2の間、例えば、約pH6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5若しくは約pH2であるため正に荷電し得る。正に荷電したアミノアルキル基は、標的[Z2O4]-イオンと相互作用して、イオン結合イオン対を形成し得る。イオン結合は、可逆性であり得る。正に荷電したアミノアルキル基は、更に又は代わりに、ルイス酸-ルイス塩基相互作用で、且つ/又は水素結合の形成により、且つ/又はファンデルワールス若しくは分散力により、[Z2O4]-又はX3+イオンと相互作用し得る。シリカの表面に共有結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む多孔性シリカ吸着剤は、最大100モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種に、或いは準備された溶液の約100〜50%の間、又は約100〜95、100〜80、95〜85、100〜70、90〜70、100〜55、70〜50モル又は質量%の間の[Z1O4]2-又はX3+イオンに、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85、80、75、70、65、60、55若しくは50モル又は質量%にイオン的に又は他の結合様式で結合し得る。シリカの表面に共有結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む多孔性シリカ吸着剤が100〜50モル又は質量%の間の式[Z2O4]-又はX3+の標的種にイオン的に又は他の結合様式で結合していた場合、工程c)は、工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程を含み得る。工程c)で収集されるこの溶出液は、実質的に全く標的種を含んでいなくてもよく、実質的に全く混入物種を含んでいなくてもよい。それは、「標的及び混入物種」と題する項で述べたように工程a)の準備された溶液の更なる成分を実質的に含み得る。標的及び/又は混入物種が放射性である場合、工程c)で収集される溶出液は、放射性崩壊副生成物を含み得る。工程c)で収集される溶出液は、容器に収集することができる。それは、廃棄することができ、又は代替方法として、「ジェネレータ」と題する項で述べたように再使用することができる。
この項で述べる精製及び/又は濃縮方法は、溶離液を工程b)の吸着材と接触させる工程d')を更に含み得、前記溶離液は、吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより標的種が溶離液中に移行する。工程d')の溶離液は、吸着材上の荷電アミノアルキル基とのイオン性相互作用の状態から式[Z2O4]-又はX3+の標的種を遊離させ得る。標的種を遊離させる工程は、式[Z2O4]-又はX3+の標的種と溶離液を構成する1つ又は複数のアニオンとのイオン交換反応を含み得る。これらのアニオンは、例えば、塩化物、ヨウ化物、臭化物、酢酸、硝酸、硫酸又は炭酸アニオンであり得る。
工程d')の溶離液は、食塩溶液を含み得る。食塩溶液は、適切な可溶性塩を含み得る。食塩溶液は、塩化ナトリウム溶液を含み得る。それは、アンモニウム又は別のI若しくはII族塩化物、例えば、塩化カリウム、或いは水溶性アンモニウム又はI若しくはII族硫酸、炭酸、塩化物、酢酸、硫酸、塩化物、硝酸、ヨウ化物若しくは臭化物塩を含み得る。総塩濃度は、適切な濃度であり得、例えば、それは、約0.15M、又は約0.01〜約1Mの間、又は約0.01〜約0.15、0.1〜1、0.05〜0.5、若しくは0.5〜1の間、例えば、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9若しくは1Mであり得る。総塩濃度は、約1%(質量/容積)、又は約0.1〜約10%(質量/容積)の間、又は約0.1〜約1、1〜2、1〜5、1〜10、5〜10、若しくは6〜8%(質量/容積)の間、例えば、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5若しくは10%(質量/容積)であり得る。塩が塩化ナトリウムである場合、総塩濃度は、約0.1〜約10%(質量/容積)の間であり得る。塩がアンモニウム又はI若しくはII族硝酸又は酢酸塩である場合、濃度は、約5M、例えば、約1M〜約10Mの間、又は約0.1〜8M、0.1〜1M、1〜6M、4〜10M、若しくは4〜6Mの間、例えば、約1、2、3、4、5、6、7、8、9若しくは10Mであり得る。溶離液、特に塩は、溶液の特性が吸着材への標的種の結合を逆転することができるように選択することができる。例えば、塩は、その成分イオンの電荷密度について選択することができる。有利なことに、吸着材への標的種の結合を逆転するために、特に、標的種の結合を逆転するのに必要な溶離液の容積を最小限にするために、溶離液中の選択される塩の濃度も調整することができる。
工程d')の溶離液は、規定のpHを有し得る。規定のpHは、緩衝液を加えることにより、又は適切な酸若しくは塩基を加えることにより制御することができる。溶離液のpHは、約pH2を超えてもよく、例えば、pH2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13若しくは14を超えてもよく、又は約pH4〜pH8、若しくはpH2〜pH5、若しくはpH6〜pH10の間、例えば、pH2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13若しくはpH14であってもよい。溶離液のpHは、アミノアルキル基のpKaを超えてもよい。工程d')の溶離液は、吸着材から最大100%のイオン的に又は他の結合様式で結合した式[Z2O4]-又はX3+の標的種を、或いは約100〜85%の間、又は約100〜95、100〜90、若しくは95〜85モル又は質量%の間、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86若しくは85モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種を遊離させ得る。工程d')は、標的種を含む溶離液を容器に収集する工程を更に含み得る。溶離液は、標的種を含み得る。容器は、工程c)の溶出液を含む容器と異なるものとすることができる。したがって、精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」プロセスは、混入物イオンを不可逆的に結合させ、標的種を溶離剤中に移行させることによって準備された溶液を精製し、下記のように標的種を濃縮し得る。
上述の「キャッチアンドリリース」プロセスは、以下のように標的種を濃縮し得る。工程a)で準備された溶液は、CAの式[Z2O4]-又はX3+の標的種の濃度を有し得る。この溶液を、標的種を可逆的に結合させるためにシリカの表面に共有結合させた少なくとも1つのアミノアルキル基を含む多孔性シリカ吸着材と接触させた後、標的種は、吸着剤の表面に可逆的に結合した状態になり得る。工程d')において、標的種の結合を逆転することができる溶離液は、次いで標的種が溶離液中に移行するように標的種の結合を逆転し得る。工程d')の後に収集された溶離液は、次いでCBの式[Z2O4]-又はX3+の標的種の総濃度を有し得、ここで、CA<CBである。工程a)で用いる溶液の容積は、工程d')で用いられる溶離液の容積より大きくてもよい。工程d')で用いる溶離液の容積は、とりわけ標的種の特定の濃度を得るように選択することができ、例えば、最初の準備された溶液と比べて標的種を濃縮するために小容積を選択することができる。
上述の「キャッチアンドリリース」プロセスは、e)吸着材を再生する工程を更に含み得、前記再生する工程は、再生液を吸着材に加える工程を含む。再生液は、工程b)の接触、工程c)における溶出液の分離及び工程d')の接触の後に吸着材に加えることができる。再生する工程は、再生液を吸着材に通す工程を含み得る。上述のように、吸着材は、工程d')の後に、したがって再生液を加える前に、例えば、M-O-Z1又はM-O-D結合を介して吸着剤に不可逆的に結合した[Z1O4]2-又はD4+種を含み得る。有利なことに、再生液は、[Z1O4]2-又はD4+種が再生液中に移り、M-OH部分が吸着材の表面上で元の状態に戻されるようにM-O-Z1又はM-O-D結合を例えば、分裂させ、切断し、且つ/又は逆転することによって[Z1O4]2-又はD4+種の「不可逆結合」を逆転し得る。
工程e)の再生液は、塩基性であり得、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項における工程c)の再生液について述べた通りであり得る。
工程e)の再生する工程の後、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項でも述べたように約0.01%(質量/質量)未満のZ1又はDを含み得る。再生液は、工程e)の再生する工程中又は後に、工程c)の溶出液及び工程d')の溶離液とは別の容器に収集することができる。収集された再生液は、廃棄することができる。工程e)の再生する工程の後、吸着材は、方法において再使用することができる。
上述の「キャッチアンドリリース」プロセスにおいて、工程b)及び/又は工程d')及び/又は工程e)は、溶液を吸着材を含むカラムに通す工程を含み得る。カラムには吸着材を充填することができる。カラムは使い捨てカラムであり得、式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種を不可逆的に結合する吸着材の容量が低下したならば、カラムを廃棄することができる。[Z1O4]2-又はD4+種を不可逆的に結合する吸着材の容量の低下は、吸着剤を廃棄することができる前に約100%、又は約100〜90%の間、若しくは約100〜80%の間、若しくは90〜80%の間、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85若しくは80%の低下であり得る。容量の低下は、方法の工程a)で準備された溶液中の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種のモル数に対する最終溶離剤(工程e)の後の)中の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種のモル数の百分率として測定することができる。
カラムは、代わりに反復使用カラムであり得る。カラムが適切である使用回数は、溶液中の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種の量及びカラムに通される溶液の容積に依存し得る。例えば、混入物種の濃縮溶液及び/又は大量の溶液は、適切な再使用の回数を減少させ得る。上述のように、式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種を不可逆的に結合する吸着材の容量が、例えば、約100〜80%低下したならば、カラムを廃棄することができる。このような容量の低下は、多数回の再使用後、例えば、10、50又は100回を超える再使用の後、例えば、約50、75、100、125又は150回の再使用の後に起こり得る。有利なことに、再生工程e)及び工程d)における可逆的に結合した標的イオンの溶出は、カラムが適切である使用回数を増加させ得る。
この項で述べる吸着材は、「吸着材」と題する項で述べたように、450mg Mo/g吸着剤を超えるモリブデンに対する吸着容量及び/又は850mg W/g吸着剤を超えるタングステンに対する吸着容量を有し得る。
再生工程を含む精製及び濃縮(「キャッチアンドリリース」)(I)プロセスの構成の非限定的な例を図12に示す。図12において、非食塩水水性溶離剤(例えば、酢酸/酢酸塩及び<0.05%NaCl溶液混合物又は<0.05%NaCl溶液)(E)は溶離剤流循環システム(EFC)により「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べたように官能基化シリカ吸着剤を含むジェネレータカラム(K1)に供給される。この項で述べた方法における工程a)の溶液である、このジェネレータカラムの溶出液は次に、上述のように混入物種及び標的種を捕捉する、この項で述べたような吸着材を含む精製カラム(K2)に通される。カラム(K2)に通される非食塩水水性溶離剤(EF-E)はポンプ(P)により容器(E)に収集される。次いで、標的種は少量の食塩溶液(C)を用いてカラム(K2)から溶出され、溶出液(EF-C)は標的種の精製及び濃縮溶液(F)として容器に収集される。収集後、0.5M NaOH溶液(B)はカラム(K2)に通されて、Z1O4 2-又はD4+種の不可逆結合を逆転し、カラムを再生する。この工程により得られた溶出液(EF-A,B)はポンプ(P)により別個の容器(W)に送入される。最後に、水洗浄液(B)がカラム(K2)に加えられ、水洗浄液(EF-A,B)廃棄物はポンプ(P)により同じ別個の廃棄物容器(W)に送入される。
精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)
「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた精製及び/又は濃縮方法の別の実施形態において、多孔性シリカを含む吸着材は、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有し、前記オリゴマー鎖は、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれは複数のM-OH部分を含み、各MはSiであり、吸着材のオリゴマー鎖はSi原子に結合した複数のアミノアルキル基を含む。
例えば、吸着材は、以下の非限定的な構造(xi)〜(xv)に示すオリゴマー鎖のいずれか1つ又は複数により官能基化することができ、式中、R"は、アミノアルキル基、例えば、「アミノアルキルシラン化合物」と題する項で述べたようなアミノアルキル基R"である。
この項における精製及び/又は濃縮(「キャッチアンドリリース」)プロセスに適用される吸着材は、以下のパラグラフで述べるように特定の標的種、例えば、過テクネチウム酸(TcO4 -)及び/又は過レニウム酸(ReO4 -)を保持し、且つ/又は可逆的に結合することができる可能性がある。「キャッチアンドリリース」プロセスにおけるこの項で述べた吸着材の使用により、有利なことに標的イオンが可逆的に結合し得る複数のアミノアルキル部位が提供され、これがひいては混入物種を含む溶液中又は溶液からの標的種の分離、精製及び/又は濃縮の助けとなり得る。
工程a)において、1つ又は複数の混入物種を含む溶液は、「標的及び混入物種」と題する項で述べた通りであり得る。下文で述べる工程b)の前に、工程a)の準備された溶液を塩素選択性吸着剤カラムに通して、塩類又は塩を除去又は実質的に除去することができる。工程a)の準備された溶液を塩素選択性吸着剤カラムに通すことにより、有利なことに準備された溶液中の塩化物イオンの濃度が低下し得る。その理由は、塩化物イオンが本発明の吸着材上の可逆性アミノアルキル基結合部位において(例えば、式[Z2O4]-又はX3+の)標的種と競合し得るからである。
複数のアミノアルキル官能基を含むこの項で述べる多孔性シリカ吸着剤は、少なくとも1つの標的種及び少なくとも1つの混入物種を含む溶液から少なくとも1つの標的種を精製し、濃縮するための方法の工程b)で用いることができる。この方法において、工程b)は、準備された溶液の最大100モル又は質量%の[Z2O4]-又はX3+イオンを可逆的に結合させるために実施することができる。工程b)の接触させる工程は、準備された溶液の100〜50モル又は質量%の間の[Z2O4]-又はX3+イオンを可逆的に結合させるために実施することができ、或いは準備された溶液の100〜95、100〜85、95〜85、90〜60又は85〜50モル又は質量%の間の[Z2O4]-イオン、例えば、準備された溶液の100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85、80、75、70、65、60、55又は50モル又は質量%の[Z2O4]-又はX3+イオンを可逆的に結合させるために実施することができる。複数のアミノアルキル官能基を含む多孔性シリカ吸着剤は、式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種が、吸着材に、又は吸着材の表面に、又は吸着材の表面に共有結合したオリゴマー鎖基に結合せずに吸着材を通過すること、或いは[Z2O4]-又はX3+イオンより吸着剤に強く結合しないことを可能にし得る。それは、式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種が、吸着材に可逆的又は不可逆的に結合せずに吸着材を通過することを可能にし得る。複数のアミノアルキル官能基を含む多孔性シリカ吸着材剤は、100モル又は質量%の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種が吸着材を通過すること、或いは約100〜85%の間、又は約100〜95、100〜90、95〜85若しくは90〜85モル又は質量%の間の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種が吸着材を通過すること、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86若しくは85モル又は質量%の式[Z1O4]2-又はD4+の混入物種が吸着材を通過することを可能にし得る。
各MがSiであり、吸着材がシリカの表面に共有結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む、多孔性シリカ吸着材は、上述の「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で述べたように工程b)の接触させる工程中のアミノアルキル基への(例えば、式[Z2O4]-の)標的種の可逆結合を可能にし得る。例えば、アミノアルキル基は、工程b)の接触させる工程中に正に荷電している可能性があり、正に荷電したアミノアルキル基は、標的[Z2O4]-又はX3+イオンと相互作用して、イオン結合イオン対を形成し得る。イオン結合は、可逆性であり得る。吸着剤は、最大100モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種に、或いは準備された溶液の約100〜50%の間、又は約100〜95、100〜80、95〜85、100〜70、90〜70、100〜55、70〜50モル又は質量%の[Z1O4]2-又はX3+イオンに、例えば、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85、80、75、70、65、60、55若しくは50モル又は質量%にイオン結合し得る。工程b)の接触させる工程中、混入物種が吸着材に可逆的に(又は不可逆的に)全く又は実質的に全く結合しないように、[Z2O4]-又はX3+標的イオンは、可逆結合部位に対して[Z1O4]2-又はD4+混入物イオンと競合し得る。
工程c)は、工程b)の接触させる工程の後に溶液を吸着材から溶出液として分離する工程を含み得る。溶出液は、別個の容器に収集することができる。前記溶出液は、混入物種及び微量の[Z2O4]-又はX3+イオンを、例えば、約5ppm〜0.001ppmの間の[Z2O4]-又はX3+を、又は約5ppm〜約1ppm、若しくは1〜0.1ppm、若しくは0.1〜0.01ppm、若しくは0.01〜0.001ppmの間、又は約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppm未満、例えば、約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppmの[Z2O4]-又はX3+を、或いは任意選択で吸着剤カラム上の標的及び/又は混入物種の総放射能当たり溶出液中標的及び/又は混入物種の約0.001%未満の放射能を含み得る。工程b)で吸着材と接触させた後の工程c)の溶出液は、溶液中の混入物イオンを本質的に含み得る。したがって、方法は、混入物イオンを含む溶出液を収集することを可能にし、別個の後続の工程で標的種が溶離されることを可能にすることによって、工程a)の準備された溶液を精製し得る。
この項で述べる精製及び/又は濃縮方法は、工程c)の後に溶離液を吸着材と接触させる工程を更に含み得、前記溶離液は、吸着剤への標的種の結合を逆転することができ、それにより標的種が溶離液中に移行する。溶離液は、吸着材上の荷電アミノアルキル基とのイオン性相互作用の状態から式[Z2O4]-又はX3+の標的種を遊離させ得る。標的種を遊離させる工程は、式[Z2O4]-又はX3+の標的種と溶離液を構成する1つ又は複数のアニオンとのイオン交換反応を含み得る。これらのアニオンは、例えば、塩化物、ヨウ化物、臭化物、酢酸、硝酸、硫酸又は炭酸アニオンであり得る。有利なことに、吸着材上の荷電アミノアルキル基とのイオン性相互作用の状態から式[Z2O4]-又はX3+の標的種を遊離させるのに必要な溶離液の容積は、工程a)で用いる溶液の容積より低くてもよい。
溶離液は、食塩溶液、例えば、上述の「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で工程d')の溶離液について述べたような食塩溶液を含み得る。「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で述べたように、溶離液、特に塩は、溶液の特性が吸着材への標的種の結合を逆転することができるように選択することができる。例えば、塩は、その成分イオンの電荷密度について選択することができる。有利なことに、吸着材への標的種の結合を逆転するため、特に、標的種の結合を逆転するのに必要な溶離液の容積を最小限にするために、溶離液中の選択される塩の濃度も調整することができる。溶離液は、規定のpH、例えば、上述の「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で工程d')の溶離液のpHについて述べたようなpHも有し得る。溶離液は、可溶性塩基、例えば、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べたような可溶性水酸化物塩を代わりに含み得る。
この項で述べる精製及び/又は濃縮方法は、標的種を含む溶離液を容器に収集する工程を更に含み得る。容器は、工程c)の溶出液を含む容器と異なり得る。したがって、精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」プロセスは、標的イオンを可逆的に結合し、混入物種が吸着剤を経て溶離剤中に移ることを可能にし、次いで「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で述べたように標的種を回収し、且つ/又は濃縮することによって準備された溶液を精製し得る。
再生工程を含む精製及び濃縮(「キャッチアンドリリース」)(II)プロセスの構成の非限定的な例を図13に示す。図13において、生理食塩水溶離剤(A)は「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べたように官能基化シリカ吸着剤を含むジェネレータカラム(K1)に供給される。この項で述べた方法における工程a)の溶液である、このジェネレータカラムの溶出液は次に、塩及び/又は塩化物除去カラム(K2)に通され、次に、上述のように標的種を捕捉する、この項で述べたような吸着材を含む精製カラム(K3)にインラインで通される。カラム(K3)を通過した廃棄物/混入物種溶離剤(EF-A)は容器(W)に収集される。次いで標的種は少量の滅菌食塩溶液(B)を用いてカラム(K3)から溶離され、溶出液(EF-B)は標的種の精製され、濃縮された溶液(F)として容器中に収集される。
「精製「キャッチウィズアウトリリース」」、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」並びに/又は「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)」と題する項において概要を述べた方法は、上述のように用いることができ、或いは「ジェネレータ」と題する下文の項で述べるような方法と組み合わせることができる。
放射性核種ジェネレータ(娘及び親核種の混合物からの娘核種の放射化学的分離)
a)1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
を含む「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べた方法
並びに「精製「キャッチウィズアウトリリース」」、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」並びに/又は「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)」と題する3つの先行する項で述べたその実施形態は、工程a)の前に以下の工程A)〜C)を更に含み得る。
A)1つ又は複数の標的種及び1つ又は複数の混入物種を含む溶液を準備する工程、
B)工程A)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、
吸着材のオリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含み、標的種に対する吸着材の親和力が混入物種に対する親和力より低い、工程、
C)工程a)の溶液である抽出物を得るために、工程B)からの吸着材を、吸着材から標的種を抽出することができる抽出溶液で抽出する工程。
工程A)の標的種及び混入物種は、工程a)の標的種及び混入物種について「標的及び混入物種」と題する項で上述した通りであり得る。例えば、上述の工程A)において、混入物種は、D4+イオンであってもよく、Dは、Ti、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択することができる。混入物種は、例えば、Ti4+、Ge4+、Zr4+、Sn4+又はHf4+であり得る。上述の工程A)において、標的種は、X3+イオンであってもよく、Xは、Sc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択することができる。標的種は、例えば、Sc3+、Ga3+、Y3+、In3+又はLu3+であり得る。Dが放射性、例えば、44Ti、68Ge、89Zr、110Sn、113Sn若しくは172Hfであり得るか、又はXが放射性、例えば、44Sc、68Ga、89mY、110mIn、113mIn若しくは172Luであり得るか、又はD及びXの両方が放射性であり得る。Xが44Scである場合、Dは、44Tiであり得る。Xが68Gaである場合、Dは、68Geであり得る。Xが89mYである場合、Dは、89Zrであり得る。Xが110mInである場合、Dは、110Snであり得る。Xが113mInである場合、Dは、113Snであり得る。Xが172Luである場合、Dは、172Hfであり得る。X3+及びD4+イオンは、水溶液中で水和され、且つ/又はヒドロキシル化される可能性があり、したがって、[X(OH)3-y]y+(式中、0≦y≦3)の形態であり得るか、又は[D(OH)4-w]w+(式中、0≦w≦4)の形態であり得る。
上述の工程A)において、1つ又は複数の混入物種を含む溶液は、Z1がMoであり得るか若しくはWであり得る式[Z1O4]2-の混入物種を含み得、例えば、混入物種は、MoO4 2-であり得るか若しくはWO4 2-であり得、且つ/又はZ2がTc若しくはReであり得る式[Z2O4]-の標的種を含み得、例えば、標的種は、[TcO4]-であり得るか若しくは[ReO4]-であり得る。Z1が放射性、例えば、99Mo若しくは188Wであり得るか、又はZ2が放射性、例えば、99mTc若しくは188Reであり得るか、又はZ1及びZ2の両方が放射性であり得る。したがって、工程A)において、混入物種は、[99MoO4]2-であり得るか、又は[188WO4]2-であり得、標的種は、[99mTcO4]-であり得るか、又は[188ReO4]-であり得、例えば、混入物種が[99MoO4]2-である場合、標的種は、[99mTcO4]-であり得、又は混入物種が[188WO4]2-である場合、標的種は、[188ReO4]-であり得る。工程A)の溶液は、経時的に崩壊して標的種を形成する親種を含み得、それによって、親種は混入物種である。例えば、親種は[99MoO4]2-であり得、娘種は[99mTcO4]-であり得、又は親種は[188WO4]2-であり得、娘種は[188ReO4]-であり得る。
1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む工程A)の準備される溶液は、例えば、原子炉中で照射されたウラン-235の分裂反応から得られる溶液、又はモリブデン-98を用いた中性子捕獲核反応から得られる溶液であり得る。したがって、工程A)の溶液は、親又は混入物種、親の半減期及び照射とジェネレータへの供給の間の経過期間に依存する可変量の娘又は標的種を含み得、また対イオン、非照射出発物質又は他の微量生成物を含む他の種も含み得る。
工程B)の吸着材は、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で工程b)の吸着材について述べた通りであり得、例えば、それは、特定の混入物種、例えば、モリブデン酸([MoO4]2-)及び/又はタングステン酸([WO4]2-)イオンを含む[Z1O4]2-イオン或いはTi4+、Ge4+、Zr4+、Sn4+若しくはHf4+又はそのヒドロキソ錯体を含むD4+イオンを保持し、且つ/又は共有結合することができる可能性がある。この項における吸着材は、有利なことに混入物イオンが不可逆的に結合し得る複数のM-OH部位を備えており、これがひいては、親イオンが崩壊して、一旦生成したならば、吸着材に結合しない又は実質的に結合しない娘(標的)イオンを生成し得る期間にわたる吸着材上での親(混入物)イオンの保持の助けとなり得る。
この項における不可逆結合は、少なくとも1つのM-O-Z1又はM-O-D結合の形成を含み得、式中、Mは、Si、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeであり、例えば、Mは、Zr又はTiである。それは、M当たり又はZ1若しくはD当たり少なくとも2つのM-O-Z1又はM-O-D結合の形成を含み得る。それは、M及びZ1又はD金属中心間のビス-μ-オキソ架橋の形成を含み得る。「不可逆結合」という用語は、多孔性シリカ基材の表面に共有結合したオリゴマー鎖におけるM-OH部分又はMO4単位への[Z1O4]2-又はD4+イオンの共有結合を含み得る。「不可逆結合」は、[Z1O4]2-又はD4+イオンが再可溶化することを妨げ得る。「不可逆結合」は、多孔性シリカ吸着材の通常の使用条件下で[Z1O4]2-又はD4+イオンが再可溶化することを妨げ得る。[Z1O4]2-又はD4+イオンは、標的種が全く又は実質的に全く吸着材に不可逆的に結合しないように不可逆結合部位に対して[Z2O4]-又はX3+標的イオンと競合し得る。
工程B)で用いる吸着材は、有利なことにアミノアルキル官能基を欠いている。アミノアルキル官能基を欠く多孔性シリカ吸着剤は、混入物イオンを捕獲するための方法の工程B)において用いることができる。この方法において、工程B)は、準備された溶液から最大100モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを捕獲することができる。工程B)の接触させる工程は、準備された溶液から100〜50モル又は質量%の間の[Z1O4]2-又はD4+イオンを捕獲し得るか、又は準備された溶液から100〜95、100〜85、95〜85、90〜60、若しくは85〜50モル又は質量%の間の[Z1O4]2-又はD4+イオンを、例えば、準備された溶液から100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、85、80、75、70、65、60、55若しくは50モル又は質量%の[Z1O4]2-又はD4+イオンを捕獲し得る。
親又は混入物イオンが工程B)において上述のように捕獲されたならば、工程C)は、抽出物を得るために工程B)からの吸着材を抽出溶液で抽出する工程を含み得、前記抽出溶液は、吸着材から標的種を抽出することができ、前記抽出物は、工程a)の溶液である。
工程C)の抽出溶液は、有利なことに、標的種を抽出物に移行させることによって、親種の崩壊により形成した標的又は娘種を吸着材から抽出し得る。抽出物は、次に工程a)の溶液として供給することができる。工程C)における抽出溶液は、抽出時に吸着材に存在する最大100モル又は質量%の式[Z2O4]-の標的種を抽出し得る、或いは抽出時に吸着材に存在する約100〜85%の間、又は約100〜95、100〜90、95〜85若しくは90〜85モル又は質量%の間の式[Z2O4]-又はX3+の標的種を、例えば、抽出時に吸着材に存在する100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86若しくは85モル又は質量%の式[Z2O4]-又はX3+の標的種を抽出し得る。工程C)でそのように得られた抽出物は、標的種及び微量の混入物[Z1O4]2-又はD4+イオンを、例えば、約5ppm〜0.001ppmの間の[Z1O4]2-又はD4+を、或いは約5ppm〜約1ppm、若しくは1〜0.1ppm、若しくは0.1〜0.01ppm、若しくは0.01〜0.001ppmの間、又は約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppm未満、例えば、約5ppm、1ppm、0.5ppm、0.1ppm、0.05ppm、0.01ppm、0.005ppm、若しくは0.001ppmを、或いは任意選択で吸着剤カラム上の標的及び/又は混入物種の総放射能当たり溶出液中標的及び/又は混入物種の約0.001%未満の放射能を含み得る。
工程C)の抽出溶液は、食塩溶液を含み得、例えば、それは、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項における工程b)の溶離液について述べた通りであり得、例えば、それは、アンモニウム又は別のI若しくはII族塩化物、例えば、塩化カリウム、或いは水溶性アンモニウム又はI若しくはII族硫酸、炭酸、塩化物、酢酸、硫酸、塩化物、硝酸、ヨウ化物若しくは臭化物塩を含み得る。総塩濃度は、適切な濃度であり得、例えば、それは、約0.1M、或いは約0.01〜約1Mの間、又は約0.01〜約0.1、0.1〜1、0.05〜0.5、若しくは0.5〜1の間、例えば、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9若しくは1M、或いは約1M〜約10Mの間、又は約0.1〜8M、0.1〜1M、1〜6M、4〜10M若しくは4〜6Mの間、例えば、約1、2、3、4、5、6、7、8、9若しくは10Mであり得る。例えば、溶離液は、塩化ナトリウムを含み得、塩化ナトリウム濃度は、約1%(質量/容積)であり、pHは、約pH1〜約pH5の間であり、或いは硫酸ナトリウム又はアンモニウムを含み得、硫酸ナトリウム又はアンモニウム総濃度は、約0.01〜約0.5Mの間であり、或いは酢酸ナトリウム又はアンモニウムを含み得、酢酸ナトリウム又はアンモニウム濃度は、約0.1〜約1.0Mの間であり、pHは、約pH2〜約pH4の間である。工程C)の抽出溶液は、適切な鉱酸、例えば、塩酸、硫酸又は硝酸を含み得る。酸は、約0.01M〜約1.0Mの間、例えば、約0.01〜0.1M、0.05〜0.5M又は0.5〜1.0Mの間、例えば、約0.01、0.05、0.1、0.5又は1.0Mの濃度を有し得る。
上述のジェネレータ法は、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べた精製方法の前に実施することができ、或いは「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」並びに「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)」と題する項で述べた精製及び濃縮方法の前に実施することができる。上述のジェネレータ法を「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で述べた精製及び濃縮方法の前に実施する場合、標的種を実質的に全く含まず、混入物種を実質的に全く含まない工程c)で収集された溶出液を上述の方法の工程C)における抽出溶液として用いることができる。したがって、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項における工程c)で収集された溶出液は、上述の方法の工程C)で使用するためにリサイクルさせることができる。リサイクル法は、1回を超える回数、例えば、2、5、10、20、50、100又は150回を超える回数、例えば、1〜150回、又は1〜50、50〜100、若しくは100〜150回、例えば、1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、80、100、120若しくは150回実施することができる。
有利なことに、この項で述べたジェネレータ法で用いる混入物又は親イオンに対する吸着材の吸着容量は高く、例えば、約400〜1000mg Mo/g吸着剤の間又は約700〜2000mg W/g吸着剤の間、或いは「吸着材」と題する項で述べたような吸着容量である。この高い吸着容量は、混入物又は親種に不可逆的に結合し得る、吸着剤の内及び/又は外表面上のM-OH部分の高い密度に起因し得る。混入物又は親イオンに対する吸着材の高い吸着容量は、例えば、MがTi又はZrである、特に高い含量の四価M原子を有する吸着材を合成することによって達成することができる。
放射化学的分離プロセスのための吸着剤の使用の要約
本発明は、1つ又は複数の混入物種及び標的種を含む溶液の標的種を濃縮するための本明細書で述べた適切な吸着材の使用を提供する。本発明はまた、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液の混入物種から標的種を分離するための本明細書で述べた適切な吸着材の使用を提供する。混入物種は、経時的に崩壊して標的種を形成する親種であり得る。例えば、混入物種は、式[Z1O4]2-の混入物種であり得、標的種は、式[Z2O4]-の標的種であり得、式中、Z1=Mo又はWであり、Z2=Tc又はReである。代わりに又は更に、混入物種はD4+イオンであり得、DはTi、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択され、標的種はX3+イオンであり得、XはSc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される。本発明は、放射性同位体濃縮装置における本明細書で述べた適切な吸着材の使用を提供する。放射性同位体濃縮装置は、1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液から標的種を分離し、且つ/又は濃縮し得る。例えば、放射性同位体濃縮装置は、ULTRALUTE(登録商標)装置(多用途同位体濃縮装置)であり得る。
精製及び/又は濃縮方法の要約
上の項で述べたように、本発明の吸着材は、共有結合/化学吸着(すなわち、「キャッチウィズアウトリリース」)の能力若しくはイオン交換(すなわち、「キャッチアンドリリース」)の能力、又は同じ吸着材における両能力の組合せに基づいて精製及び/又は濃縮方法用に選択することができる。固体シリカ担体上に被覆されたオリゴマー鎖上の金属水和酸化物のヒドロキシル基(例えば、水和酸化チタンについてpKa=4.2及び水和酸化ジルコニウムについてpKa=6〜8)並びにアミノ基(pKa=9.7〜11.2)の広い範囲のpKa値は、特定のpHの溶液が選択される場合、本明細書で述べた精製及び/又は濃縮方法における高い分離度の範囲をもたらす。更に、本発明の吸着材が多官能性であるため、それらは、ジェネレータカラム充填材として99mTc/99Mo及び188Re/188Wジェネレータに使用するのに適しており、それらは、更なる分離及び/又は濃縮プロセスにおけるのと同様に、ジェネレータ溶出液を精製し、且つ濃縮するために作用し得る。
大枠で述べた本発明の精神又は範囲から逸脱することなく特定の実施形態で開示した本発明について多くの変形及び/又は修正を行うことができることは、当業者により理解されよう。したがって、本実施形態及び詳細な説明は、すべての点について例示的なものであって、限定的なものではないと考えるべきである。
本発明は、限定的と解釈すべきでない特定の実施例に関連してこれから説明することとする。
吸着剤の性能:合成
本発明に使用するのに適する大表面積及び高多孔度シリカゲルは、以下のように合成することができる。
第1の工程において、過マンガン酸カリウムを水溶液中で室温でエチルアルコールにより還元して、水和二酸化マンガンゾルを形成する。次いで、この水和二酸化マンガンゾルをケイ酸ナトリウムを含む酸性及び/又はpH緩衝制御溶液に加えて、ヒドロゲル沈殿物を得る。次いで、ヒドロゲル沈殿物を熟成させ、密封テフロンビン中で半結晶性生成物が形成するまで自原性圧力下で70〜110℃の間の漸増温度で数時間水熱処理する。次いで、沈殿物を60℃で数時間乾燥し、100μm未満の粒径を有する粉末に摩砕する。次いで、すべての二酸化マンガンが可溶性Mn2+イオンに変換されるまで、得られた粉末を1Mシュウ酸溶液で洗浄して、白色固体粉末を得る。可溶性の小Mn2+イオンは、シリカゲルに吸着されず、したがって、K+、Na+及び硝酸イオンとともに固体ゲル粉末から容易に洗い落とされる。次いで、白色粉末を脱イオン水で洗浄して、Mn2+、K+、Na+、硝酸及び他の対イオンを含まないシリカを得る。最後に、白色粉末をエチルアルコールで洗浄して、シュウ酸の酸化により生成した有機残留物を除去する。次いで、固体ゲルをオーブン中で135℃で数時間乾燥し、ふるい分けして、適切な粒径(例えば、50〜100μm)の固体水和シリカ粉末を得る。このシリカゲル粉末を次に以下の方法における出発物質として用いる。
上記のMnO2ナノ粒子鋳型シリカの合成を実施するための溶液パラメーターを表1に示す。MnO2鋳型法により合成されたシリカの走査型電子顕微鏡像を図1に示す。MnO2鋳型法により合成されたシリカの細孔分布を図2に示す。MnO2鋳型法を用いて合成したシリカの熱分析図を図3に示す。
方法1:酸化ケイ素媒介共有結合(SiO4-MCC)法
第1の工程において、シリカゲルの表面上のシラノール基をトルエン溶媒中でケイ素アルコキシドと縮合反応として反応させる。この反応の後に規定量の水によりケイ素アルコキシドの残存アルコキシ基を加水分解して、シラノール基を形成する。次いで、形成したシラノール基を、アミノアルキルシラン化合物、1つ若しくは複数の四価金属アルコキシド、又はアミノアルキルシランと1つ若しくは複数の四価金属アルコキシドとの混合物と更なる縮合反応として反応させる。次いで、洗浄及び制御された温度での乾燥の後に最終吸着材製品が得られる。
(実施例1)
方法1を用いる合成
上述のSiO4-MCC法の例として、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)媒介共有結合(TEOS-MCC)を以下のように実施する。上記の合成された10gのシリカゲル粉末(S=703m2/g、C=2.82mmol OH/g)をデシケーターベントプラグを取り付けた還流冷却器を装着したガラス反応器中の75mLトルエンに懸濁する。反応物を処理/還流中に乾燥窒素雰囲気下に保持し、必要量のTEOS(28.0mmol)を加える。次いで反応混合物を乾燥窒素雰囲気下、還流下で70℃で数時間(最低48時間)撹拌する。次の工程において、必要量のエタノールに溶解した水(5mL乾燥エタノール中84.0mmol水)を撹拌しながら加え、次いで混合物を更に10時間撹拌する。次いで、必要量のアミノアルキルシラン化合物(42mmolの[3-(ジエチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン/(C2H5)2N(CH2)3Si(OCH3)3、20mLトルエンに溶解)を加えた後、必要量の四価金属アルコキシド(42mmolのチタンエトキシド/Ti(OC2H5)4、20mLトルエンに溶解)又は40mLトルエンに溶解したそれらの混合物を加える。添加中、及びその後48時間、混合物を還流下で撹拌する。次いで、反応混合物の固体粉末をろ過し、最初にトルエンで、次いでエタノールで、続いて水で洗浄する。固体粉末を75℃で24時間乾燥した後に最終吸着材製品が得られる。この方法により製造された[3-(ジエチルアミノ)プロピル]ヒドロキシルシラン/チタンヒドロキシル官能基化シリカ吸着剤は、99.4mg Ti/g吸着材及び28.5mg Ni/g吸着材を含んでいた。
方法2:アミノアルキルシラン媒介物質を用いる自己媒介共有結合(S-MCC)
第1の工程において、シリカゲルの表面上のシラノール基をトルエン溶媒中でアミノアルキルシラン化合物と縮合反応として反応させる。この反応の後に規定量の水によりアミノシラン化合物の残存アルコキシド基を加水分解して、シラノール基を形成する。次いで、形成したシラノール基を、アミノアルキルシラン化合物、1つ若しくは複数の四価金属アルコキシド、又はアミノアルキルシランと1つ若しくは複数の四価金属アルコキシドとの混合物と更なる縮合反応として反応させる。次いで、洗浄及び制御された温度での乾燥の後に最終吸着材製品が得られる。
(実施例2)
方法2を用いる合成
上述のS-MCC法の例として、上記の合成された10gのシリカゲル粉末(S=703m2/g、C=2.82mmol OH/g)をデシケーターベントプラグを取り付けた還流冷却器を装着したガラス反応器中の75mLトルエンに懸濁する。反応物を処理/還流中に乾燥窒素雰囲気下に保持し、必要量のアミノアルキルシラン(28.0mmolの[3-(ジエチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン/(C2H5)2N(CH2)3Si(OCH3)3、20mLトルエンに溶解)化合物又はトルエン若しくはアルコールに溶解したアミノアルキルシランと金属アルコキシド化合物の28.0mmolの混合物を加える。反応混合物を乾燥窒素雰囲気下、還流下で70℃にて数時間(最低48時間)撹拌する。次の工程において、必要量のエタノールに溶解した水(5mL乾燥エタノール中56.0mmol水)を撹拌しながら加え、次いで混合物を更に10時間撹拌する。次いで、必要量のアミノアルキルシラン化合物(56mmolの[3-(ジエチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン/(C2H5)2N(CH2)3Si(OCH3)3、30mLトルエンに溶解)を乾燥窒素雰囲気下で加える。添加中、及びその後48時間、混合物を還流下で撹拌する。次いで、反応混合物の固体粉末をろ過し、最初にトルエンで、次いでエタノールで、続いて水で洗浄する。固体粉末を75℃で24時間乾燥した後に最終吸着材製品が得られる。この方法により合成された[3-(ジエチルアミノ)プロピル]ヒドロキシルシラン官能基化シリカ吸着材は、46.5mg N/g吸着材を含んでいた。
方法3:金属酸化物媒介物質を用いる自己媒介共有結合(S-MCC)
第1の工程において、シリカゲルの表面上のシラノール基をトルエン溶媒中で四価金属アルコキシド化合物と縮合反応として反応させる。この反応の後に規定量の水により金属アルコキシド化合物の残存アルコキシ基を加水分解して、ヒドロキシル基を形成する。次いで、形成した金属ヒドロキシル基を、アミノアルキルシラン化合物、1つ若しくは複数の四価金属アルコキシド、又はアミノアルキルシランと1つ若しくは複数の四価金属アルコキシドとの混合物と更なる縮合反応として反応させる。次いで、洗浄及び制御された温度での乾燥の後に最終吸着材製品が得られる。
(実施例3)
方法3を用いる合成
上述の金属酸化物媒介共有結合法の例として、上記の合成された10gのシリカゲル粉末(S=703m2/g、C=2.82mmol OH/g)をデシケーターベントプラグを取り付けた還流冷却器を装着したガラス反応器中の75mLトルエン(ZrOHコーティング用アルコール)に懸濁する。反応物を処理/還流中に乾燥窒素雰囲気下に保持する。次いで、必要量の四価金属アルコキシド(20mLのトルエンに溶解した28mmolのチタンエトキシド/Ti(OC2H5)4;又は20mLのイソプロピルアルコールに溶解した28mmolの四塩化ジルコニウム/Zr(Cl)4若しくはジルコニウムエトキシド/Zr(OC2H5)4)を加える。反応混合物を乾燥窒素雰囲気下、還流下で70℃で数時間(最低48時間)撹拌する。次の工程において、必要量のエタノールに溶解した水(5mL乾燥エタノール中84.0mmol水)を撹拌しながら加え、次いで混合物を更に10時間撹拌する。次いで、必要量の(40mLのトルエンに溶解した84mmolのチタンエトキシド/Ti(OC2H5)4又は40mLのイソプロピルアルコールに溶解した84mmolの四塩化ジルコニウム/Zr(Cl)4若しくはジルコニウムエトキシド/Zr(OC2H5)4)を乾燥窒素雰囲気下で加える。添加中、及びその後48時間、混合物を還流下で撹拌する。次いで、反応混合物の固体粉末をろ過し、最初にトルエンで、次いでエタノールで、続いて水で洗浄する。固体粉末を75℃で24時間乾燥した後に最終吸着材製品が得られる。四価金属ヒドロキシル官能基化シリカ吸着材製品は、386.2mg Zr/g吸着材を含んでいた。
方法の要約
上記の合成方法1〜3による媒介物質及び官能基の可能な組合せを表2に示す。
計算
本発明は多孔性シリカ基材の表面に特定の官能基を結合させることに関するので、シリカ表面上のOH基の密度を最適化することを用いて、ひいてはシリカ表面上の官能基の密度を最適化する。この最適化を実施することは、精製及び濃縮を達成する高められた容量を有する吸着材をもたらし得る。
金属アルコキシ及びアミノアルキルシラノ基の幾何学的適合性を評価するために、これらの基が四面体単位(EO4)で存在することを仮定した。更に、以下の計算は、シリカ表面の規定の面積に収容することができる共有結合した四面体単位(EO4)の最大数の計算に基づいている。四価金属アルコキシ及びアミノアルキルシラノ基のモデルを構築するために用いた四面体単位を図4に示す。
更なる計算に用いたイオンの半径を表3に示す。
表3に示すパラメーターを図4における幾何学的計算と組み合わせ、d、h及びkのパラメーターを計算した。結果を四面体単位(EO4)の各種中心元素(E)について表4に示す。
シリカゲル吸着剤をその表面上の官能基の共有結合のための不活性基材として用いるので、シリカ基材の以下の実験的に測定した特性を更なる計算に用いるために記載する。
S(m2/g)は、シリカの表面積であり、
s(Å2/OH基)は、シリカ表面のシラノール基当たりの表面積であり、
C(mmol/g)は、シリカのイオン交換容量(すなわち、シリカ1グラム当たりのシラノール基の量)である。
シラノール基がシリカ表面上の正方形の面積sを占有していると仮定すると、この正方形の辺D及び対角線Lは、式9及び式10を用いて計算される。
シリカ表面上の官能基の共有結合に対する金属アルコキシ及びシラノール基の幾何学的適合性の評価は、立体配置1(図5)及び立体配置2(図6)に例示するように、この正方形に配置され、その対角線Lに沿って位置する共有結合四面体単位(EO4)の最大数の計算に基づいている。
立体配置1の幾何学的評価に関するデータを表5に示す。結合選択肢A、B、C、D、E、F、G、H及びMを図7に例示する。これらの結合選択肢は、以下の方法に従って作製され、以下の組合せに対応する多孔性シリカ吸着材に適用される(表2も参照)。
A- 方法2、組合せ1;B- 方法2、組合せ3又は4;C- 方法3、組合せ9、12、13又は16;D- 方法1、組合せ6;E- 方法1、組合せ7又は8(SiO4(アミノアルキルシラン)+MO4);F- 方法1、組合せ7又は8;G- 方法3、組合せ10又は14;H- 方法3、組合せ10又は14(MO4(MO4)+アミノアルキルシラン);M- 方法3、組合せ9、12、13又は16(MO4(アミノアルキルシラン)+MO4)。
立体配置2の幾何学的評価に関するデータを表6に示す。
表5及び表6に示した式を用いた幾何学的評価の結果を各異なる多孔性シリカ吸着材の組合せ(すなわち、表2に記載のような組合せ1、3〜4、6〜10、12〜14及び16)について以下の表7〜13に示す。
表7〜13に示した結果に基づいて、s=55.34(Å2/OH)〜s=33.21(Å2/OH)のシラノール基の密度の値は、シリカに対する官能基の有効な共有結合コーティングに適している。41.51(Å2/OH)の好ましい値が吸着剤の合成に用いられる。表7〜13に示すように、シリカの表面積S(一定のシラノール密度で検討した場合)は、合成吸着剤の吸着容量又は官能基負荷に強い影響を有する。表面積600〜1000m2/g、イオン交換容量C>2mmol/g及びシラノール密度s>41.51(Å2/OH)を有するシリカ吸着剤は、シリカ表面へのアミノアルキルシラン及び四価金属水酸化物の共有結合に関する最適化パラメーターである。
一定シラノール密度(41.51Å2/OH)及び可変表面積Sを有するシリカ基材を用いて合成した吸着剤を表7〜10の下部に示す。示したように、大比表面積シリカ基材及び適切に選択される媒介物質に基づく共有結合法を用いる組合せにより、高性能の吸着材がもたらされる。
分離、濃縮及び精製性能
以下の実施例では、式[Z1O4]2-のアニオン混入物種及び式[Z2O4]-の少なくとも1つの標的種(式中、Z1=Mo又はWであり、Z2=Tc又はReである)を含む混合物を分離し、濃縮し、精製する上記の合成吸着材の実験的性能について述べる。図8(a)及び(b)はアニオン混入物種が吸着材表面に不可逆的に結合し(すなわち、図8(a)及び(b)におけるR1)、標的種(図8(a)及び(b)におけるR2O4 -)が相互作用せずに吸着剤を通過して、溶離剤中に収集される、本発明の吸着材の分離及び精製機能を示す。図9はアニオン混入物種が吸着材表面に不可逆的に結合し(すなわち、図9におけるR1)、新たな溶離液が供給されて、溶離剤中への回収のために標的種を放出する前に、標的種(図9におけるR2O4 -)がイオン性相互作用により荷電アミノアルキル基に可逆的に結合する、本発明の吸着材の分離、濃縮及び精製機能を示す。
(実施例4)
比較吸着容量
本発明による選択した吸着材のモリブデン及びタングステン吸着容量を、選択した非発明性物質PZC(重合ジルコニウム化合物)、ナノ結晶性ジルコニア、硫酸化アルミナ/アルミナ硫酸化ジルコニア及びアルミナの吸着容量と比較して表14に示す。表14における選択した多官能吸着剤は、ZrO4により官能基化されたシリカである。吸着材の合成に用いたシリカゲルは、40.21Å2/OHのシラノール基密度及び308〜958m2/gシリカの比面積を有していた。用いた合成方法は、方法3:ジルコニウム-エトキシドを媒介物質として用いた自己媒介共有結合(S-MCC)について上述した通りであった。ICP-EOSにより分析した吸着剤のZr金属含量は、378.6〜565mg Zr/g吸着材である。
表11におけるデータに基づいて計算したMo及びWの吸着容量をシリカの比表面積及びシラノール基濃度の関数として図14に示す。同じ吸着材について計算したアニオン交換容量をシリカの比表面積及びシラノール基濃度の関数として図15に示す。
(実施例5)
ジェネレータカラムにおける吸着材の使用
「ジェネレータ」と題する項で述べた吸着材は、下で述べるように用いることができる。
最初に、ジェネレータカラムに吸着材を充填する。一般的なカラムは、約2g〜約4gの間の吸着剤を含み得る。99Mo/188W溶液を装入する前に、ジェネレータカラムを約30mLの水で洗浄する。pH5.0〜6.0の保存99Mo及び188W溶液は、原子炉又は粒子加速器施設においてそれぞれ低比活性99Mo又は188W標的から製造することができる。この実施例では、Mo濃度は、約100〜110mg Mo/mLであり、>1.5Ci/g Moの比活性を有する。この実施例で用いた四価金属水酸化物官能基化シリカ吸着剤のMo吸着容量は、約675mg Mo/gである。次いで、[MoO4]2-及び/又は[WO4]2-を含む溶液をカラムと接触させる。この実施例では、吸着剤カラムに加える99Mo溶液の容積は、約65mLである。吸着剤カラム上に負荷される99Mo活性は、約3Ciである。保存99Mo溶液は、蠕動ポンプを用いて1〜2mL/分の流量で吸着剤カラム上に負荷する。負荷の後、カラムを30mLの0.9%食塩水で洗浄する。
「精製及び/又は濃縮方法」と題する項で述べたように、次いで、99Mo及び/又は188Wは、崩壊し、それぞれ[99mTcO4]-及び/又は[188ReO4]-イオンを生成し、次いで、これは約3〜約5mLの間の食塩溶液により吸着剤カラムから溶離され得る。4gを超える吸着材がジェネレータカラムに使用される場合、溶離に使用される食塩水の容積は、比例して5mL超に増加し得る。得られた食塩水溶出液は、ナトリウムを平衡カチオンとした、過テクネチウム酸又は過レニウム酸イオンとして99mTc/188Reを含み得る。
標的種99mTc又は188Reを分離し、精製するための適切な装置(ジェネレータ)を図10及び図11に示す。99mTc/99Mo及び188Re/188Wジェネレータは、約10gの四価金属水酸化物官能基化吸着材を装填したジェネレータカラムを含み得る。ガラス又は熱可塑性プラスチック材料(例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸セルロース等)製であり得、その両端にフリット焼結石英又はフリットポリプロピレンフィルターディスクを含み得るジェネレータカラムは、乾燥吸着剤を充填することができる。フリットフィルターディスクは、20μmの多孔性であり得る。末端は、ポリプロピレンプラスチックセプタム並びにネオプレン及びシリコンゴムガスケットによって閉鎖することができる。次にカラムにアルミニウム固定蓋をかぶせることができる。次にジェネレータカラムは、配管用出口及び入口ポートを両方含み得る、放射線防護遮蔽鉛容器に収容することができる。溶離剤容器を含む溶離剤供給システムを次に吸着剤カラムに溶離剤を供給するためのジェネレータカラム入口に連結することができる。
カラムに通す溶離剤の流量は、約1.0mL/分〜5mL/分の範囲内で制御することができる。四価金属水酸化物官能基化シリカ吸着剤上のモリブデン酸及びタングステン酸イオンの不可逆結合のため、親種99Mo又は188Wに対するジェネレータカラム中の吸着剤の親和力が高い可能性があり、したがって、無視できる量の親種が吸着剤から溶出する可能性がある。しかし、99mTc又は188Re種に対するジェネレータ及び精製カラム中の吸着剤の親和力が比較的に低い可能性があるので、これらの種は、容易に溶出し、混入物イオンを実質的に含まない99mTc又は188Reの溶液を含む溶出液が得られる可能性がある。この実施例における溶出液の99mTc濃度は、約1.0Ci99mTc/mLである。娘核種99mTc又は188Reの回収率は、95%より大きい。
(実施例6)
精製及び/又は濃縮カラムにおける吸着材の使用
「精製「キャッチウィズアウトリリース」」、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」又は「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(II)」と題する項で述べた吸着材は、下で述べるように更に又は代わりに用いることができる。
実施例4におけるジェネレータカラムは、下で述べる精製及び/又は濃縮カラムとともに用いることができる。複合ジェネレータ/精製カラムシステムは、「統合ジェネレータシステム」と呼ぶことができる。代わりに、精製及び/又は濃縮カラムは、既存のジェネレータカラム又は本発明の吸着材を含まないジェネレータカラムと組み合わせて用いることができる。
図11に例示する精製法は、生理食塩水により溶離させる場合、99mTc/99Mo及び/又は188Re/188Wジェネレータにより製造された99mTc及び/又は188Re溶出液の精製のために用いる「統合ジェネレータシステム」であり得る。精製カラムは、「精製「キャッチウィズアウトリリース」」と題する項で述べたように約1.0gの吸着材を含み得る。更に、該方法は、液体をジェネレータ並びに精製及び/又は濃縮カラムに送出するための蠕動ポンプを含み得る。ポンプは、別個に据え付けることができ又は精製モジュールに設置されているポンプと共用することができる。ポンプによる吸引により液体を前記カラムに通すために、ポンプは、ジェネレータカラム又は精製及び/若しくは濃縮カラムの下流に設置することができる。入口及び出口弁をジェネレータカラムに連結することができる。ジェネレータの操作を制御するために制御装置又はコンピュータを備えることができる。それは、例えば、弁及びポンプを操作することが可能であり得る。図11の方法において、必要な場合に0.9% NaCl溶液を用いて99mTc又は188Reを溶離することができ、弁を開くことができ、ポンプの電源を入れることができる。これにより、収集の前に99mTc又は188Reを溶離し、精製するために10mLの容積の溶離剤が溶離剤供給システムから精製及び/又は濃縮カラムを経てジェネレータカラムに流され得る。
溶離剤の放射線分解生成物及び/又は混入物イオンの破過によってもたらされ得る、精製及び/又は濃縮カラムに対する損害作用を避けるために、それぞれの溶離が実施された後に精製及び/又は濃縮カラムを浄化することができる。この実施例では、浄化法は、最初に3mLの0.5M NaOHで洗浄し、次に5mLの水で洗浄することによって実施される。浄化流出液は、廃棄物容器に収集される。この方法でカラムを再生することによって、精製カラムの寿命が延長する。この特徴は、現在入手できる寿命がより短い吸着剤カラムと比べて本明細書で述べる吸着材を用いる精製及び/又は濃縮カラムの重要な利点でもある。
精製及び/又は濃縮カラムは、「精製及び濃縮「キャッチアンドリリース」(I)」と題する項で述べた吸着材を代わりに含み得る。そのようなカラムを用いる方法を図12に関連して下文で述べ、このシステムの性能を図20(c)に示す。
統合ジェネレータシステムは、実施例4で述べたジェネレータカラムの調製、装置構成及び保存溶液の負荷を含み得るが、この実施例では、以下のように精製及び/又は濃縮カラムと連結する前に99Mo負荷ジェネレータカラムを30mLの0.5M酢酸/0.05%(質量/容積)NaCl溶液混合物又は50mLの<0.05%(質量/容積)NaCl溶液で洗浄する。10gの四価金属水酸化物官能基化シリカ吸着剤をジェネレータカラム中に装填する。ジェネレータカラム中の吸着剤に4〜7Ci活性の親種99Mo又は188Wを十分に負荷する。0.5M酢酸/0.05%(質量/容積)NaCl溶液の混合物又は<0.05%(質量/容積)NaCl溶液を99mTc又は188Reの溶離のための溶離剤として用いる。ジェネレータカラム中に負荷されたならば、99Mo又は188Wは徐々に崩壊して、それぞれ99mTc又は188Reを形成する。娘核種の溶液が必要な場合、弁を開き、ポンプの電源を入れる。これにより、20〜30mLの溶離剤が溶離剤循環システムから、任意選択で精製及び/又は濃縮カラムを経てジェネレータカラムに流され、溶離剤貯槽に戻る。カラムを通しての溶離剤の流量は、約0.1mL/分〜5mL/分の範囲内で制御される。
精製及び/又は濃縮カラムは、ジェネレータカラムより小さくてもよく、本発明による吸着材を更に又は代わりに充填することができる。一般的な精製及び/又は濃縮カラムは、約0.1g〜約0.3gの吸着材を含み得る。ジェネレータカラムから溶出した過テクネチウム酸又は過レニウム酸イオンとしての99mTc/188Reを含む99mTc/188Re溶出液及び99Mo/188W混入物をインラインで生成カラムに通すことができる。
ジェネレータ溶出液を0.1〜0.3gのアミノアルキルシラン及び四価金属水酸化物官能基化吸着剤を含む精製及び/又は濃縮カラムに通すとき、混入物イオンを吸着剤に不可逆的に結合させることができ、標的イオンを吸着剤に可逆的に結合させることができる。次いで、少量(約1.5mL)の生理食塩水(溶離液)を吸着材と接触させて、90%を超える99mTcO4 -及び/又は188ReO4 -イオンを精製及び/又は濃縮カラムから放出させることができる。この実施例における溶出液の99mTc濃度は、約4〜7Ci 99mTc/mLである。この濃縮法の濃縮係数は、約20である。不可逆的に結合した混入物を吸着剤から除去するために、最初に3mLの0.5M NaOHで、次に5mLの水で洗浄することによって浄化法を実施する。浄化流出液は、廃棄物容器に収集される。ジェネレータからの99mTc及び188Reの更なる溶出のために非食塩水水性溶離剤(酢酸塩溶液)をリサイクルさせることができる。自己遮蔽装置の最適設計は、ジェネレータの>20mLの99mTc溶出液からの99mTcを選択的に保持する新たな吸着剤に基づいている。次いで、注入可能な99mTcを1.0mLの食塩水により吸着剤からミリポアフィルターを経て真空バイアル中に溶出する。この装置を用いて>90%の99mTc回収率で99mTc溶出液を約20倍に濃縮した。図17はa、本発明のMO4官能基化吸着剤の99mTcジェネレータカラム(濃縮カラムとの連結のない)の溶出液、及びb、本発明のR"官能基化吸着剤の濃縮カラム(ジェネレータカラムと連結した)から溶出した濃縮溶出液の99mTc溶出プロファイルを示す。99mTc溶出液中の99Mo不純物が完全に除去された。図18は精製/濃縮の前及び後の99mTc溶出液、すなわち、a、後の99mTc濃縮/精製法を実施する前の本発明のMO4官能基化吸着剤を含む99mTcジェネレータカラムの溶出液、及びb、本発明のMO4及びR"官能基化吸着剤を含む濃縮/精製カラムを用いた後の濃縮/精製溶出液のガンマ線分光測定を示す。
濃縮法において本発明の多官能吸着剤を使用することにより、ジェネレータの使用者に経済的便益がもたらされる。その理由は、放射性医薬製剤中の溶出99mTc溶液の品質/比活性(SA)が改善され、患者に対する99Tcの残留放射線量が低下し、患者に対するスキャンの費用が低減するからである。99mTc/99Moもより効果的に利用される。一般的に、ジェネレータから生成される99mTc溶出液は、一定の容積で溶出し、溶出液の99mTc濃度は、親99Mo核種の放射性崩壊に起因してジェネレータの寿命とともに低下する。更に、99mTcも99Tcに崩壊する。この方法は、99mTc生成収率又は99mTc/99Mo活性の有効利用を低減する(すなわち、大量の99mTc活性が失われ、ジェネレータが非経済的に利用されている)だけでなく、図16(a)に示すように99mTcの比活性(SA)(SAは(99mTc原子数)/(99mTc+99Tc原子数)と定義される)も連続的に低下させる。これは、娘核種(標的種)のより短い蓄積時間でのジェネレータの溶出が、より高い累積的99mTc生成収率(累積的収率は、最大蓄積時間の前に実施される各早期の溶出で達成されるすべての収率の和である)及びより高いSA(すなわち、より良好な品質の99mTc溶液)をもたらすことを意味する。しかし、より短い蓄積時間での各早期の99mTc溶出は、図16(a)に示すようにより低い99mTc生成収率とひいてはより低い99mTc濃度の溶出液をもたらす。
本発明の多官能吸着剤は、「早期」溶出法と組み合わされた放射性同位体濃縮法における99mTc生成収率を増加させることができる。前記「早期」溶出法において、図16(a)に示すように、ジェネレータにおいて最大99mTc蓄積の時点(tMax)の前のいずれかの時点で数回の逐次的溶出が行われる。逐次的溶出で得られたすべての99mTc活性量の和(式11)
(式中、Eiは第i回目の溶出の指標である)は、最大99mTc蓄積(ATc 99m(Max))の時点で実施される現在用いられている1回溶出で得られる99mTc活性よりはるかに高い。図16(b)に示される実験(四角印)及び理論計算(点線)99mTc収率比(式12)により、濃縮法における本発明の多官能吸着剤の有用性が確認される。
図16(b)に示すように、この早期溶出法は、最大99mTc蓄積の時点で実施される現在用いられている1回溶出で得られる99mTc溶液のものと比較して<6時間蓄積時に実施される溶出について99mTc生成収率(99mTc収率比、Ryを用いて評価)及び99mTc溶出液の比活性の両方を>2倍増加させ得る。
早期溶出法により溶出されるジェネレータシステムの99mTc溶出液中のキャリヤー含有99mTcの比活性は、式13により評価される。
図16aにも示すように、最大99mTc蓄積の時点で実施される現在用いられている1回溶出で得られる99mTc溶液のものと比較して<6時間蓄積時に実施される溶出についてSA値は>2倍増加する。
上述の濃縮法は、他の放射性核種ジェネレータにも恩恵をもたらす。例えば、本発明の多官能吸着剤は、99mTc/99Mo、188Re/188W、44Sc/44Ti、68Ga/68Ge、89mY/89Zr、110mIn/110Sn、113mIn/113Sn及び172Lu/172Hfを含むジェネレータシステムに用いることができる。
早期溶出法の有効性を評価する一般的方法は、各種放射性核種ジェネレータシステムのRy値の計算のために導出されている、Ryの計算のための数学的式の形式で以下に詳述する。この式において、娘核種収率比(Ry)は、すべてのi「早期」溶出で溶出した娘核種溶出収率の合計を最大蓄積時間tMaxにおいてジェネレータから溶出する最大娘核種収率又は溶出収率(Ad(Max))で割った商(式14)と定義される。
式中、Eiは、第i回目の溶出の指標である。各「早期」溶出の蓄積時間(tb)は、tb=(tMax/i)であり、iは、「早期」溶出の回数(整数)である。ジェネレータ中の娘核種の放射能式(Ad)(式15)から
及び放射性核種ジェネレータに蓄積した最大娘核種活性が利用できる時間である最大蓄積時間tMax(式16)から開始し、
tMax=[ln(λd/λp)]/(λd-λp) 式16
関連時間値(tb及びtMax)を式Ad式に挿入することによってRy値の評価のための式を誘導する(式17)。
式中、Aは、放射能であり、bは、娘核種ブランチ崩壊因子であり、λは、崩壊定数であり、下付文字p及びdは、それぞれ親及び娘核種を表し、xは、各逐次溶出の娘核種蓄積工程の開始の前に実施する溶出の回数である。この開始時点において、先行する溶出によりジェネレータに残された残留娘核種原子が存在しないと仮定する(すなわち、先行する溶出の100%の娘核種溶出収率を仮定する)。図16bに示す理論的計算結果(実験結果と比較して)は、99mTc/99Moジェネレータシステムの場合における「早期」溶出法の有効性の評価において上述の一般的なRy式を用いた例である。
(実施例7)
「キャッチウィズアウトリリース」及び「キャッチアンドリリース」プロセスにおける吸着材の性能
表15はジェネレータカラム及び/又は精製/濃縮カラムとしての放射性同位体ジェネレータ並びに「キャッチアンドリリース」/「キャッチウィズアウトリリース」プロセスに用いた吸着剤の性能を示す。
カラムSG-1及びSG-2に98Mo(n,γ)99Mo反応により生成した低比放射能[99MoO4]-イオンを十分に負荷し、>315.0mg Mo/gカラムのモリブデン吸着容量を適用した。アルミナ(比較例)カラムに235U分裂により生成した高比放射能[99MoO4]-イオンを負荷し、<0.5mg Mo/gカラムのモリブデン吸着容量を適用した。
表15の記号の説明:SYS:統合ジェネレータシステム(精製/濃縮カラムと組み合わされた放射性同位体ジェネレータカラム);WP:精製カラムを含まない;P:精製カラムを含む;WPC:精製/濃縮カラムを含まない;PC:精製/濃縮カラムを含む;Fc:溶出液濃縮係数(精製/濃縮カラムに通す前にジェネレータカラムから溶出した溶出液中の実験的に得られた99mTcの濃度で割った最終濃縮溶出液中の実験的に得られた99mTcの濃度と定義される);SG-1:ジェネレータカラムSiTiO-Mo-99(99Mo放射性核種を負荷したTi-OH官能基化シリカ吸着剤);SG-2:ジェネレータカラムSiZrTiO-Mo-99(99Mo放射性核種を負荷したZrTiOH官能基化シリカ吸着剤);SP-1:TiOH官能基化シリカ吸着剤精製カラム;SP-2:ZrTiOH官能基化シリカ吸着剤精製カラム;SPC-1:精製/濃縮カラムSi-DEAP(ジエチルアミノプロピル官能基化シリカ吸着剤);SPC-2:精製/濃縮カラムSi-DEAPTi(ジエチルアミノプロピル/TiOH官能基化シリカ吸着剤);SPC-3:精製/濃縮カラムSi-DEAM(ジエチルアミノメチル官能基化シリカ吸着剤);SPC-4:精製/濃縮カラムSi-DEAMTi(ジエチルアミノメチル/TiOH官能基化シリカ吸着剤)。
考察
表15に示すように、本発明の吸着材は、ジェネレータ製造及び精製/濃縮プロセスの両方において好都合である。「キャッチウィズアウトリリース」プロセスにおいて、本発明の吸着材は、放射性同位体ジェネレータに用いる場合に>98.45%の溶出99mTcの純度、及び精製カラムに用いる場合に>99.901%の溶出99mTcの純度を達成する。更に、本発明による吸着材による精製の後の溶出液中の99mTcの溶出液濃縮係数(Fc)は、少なくとも>0.8である。「キャッチアンドリリース」プロセスにおいて、本発明の吸着材は、放射性同位体ジェネレータに用いる場合に99.5%の溶出99mTcの純度、及び精製/濃縮カラムに用いる場合に>99.91%の溶出99mTcの純度を達成する。更に、本発明による吸着材による精製/濃縮の後の溶出液中の99mTcの溶出液濃縮係数(Fc)は、少なくとも>10である。
(実施例8)
濃縮(「キャッチアンドリリース」)プロセスにおける吸着材の溶出性能
図19はすべてがアミノアルキル基により官能基化された、本発明の吸着剤A及びB並びに比較吸着剤C及びDが、NaCl濃度が低い(<0.01%NaCl)場合にNaCl溶液中の[99mTcO4]-イオンに対する大きいKd値(すなわち、高い吸着能力)を有し、より高い濃度(0.01%〜>0.9%NaCl)でより小さいKd値(又はより低い吸着能力)を有することを示す。これは、99mTc濃縮法は、より大きい容積の99mTc水溶液(又は希NaCl溶液、例えば、図20(a)に示すように<0.01%NaCl)からこれらの吸着剤上に最初に99mTcをキャッチ/吸着し、次いではるかにより小さい容積の生理的(例えば、0.9%)NaCl溶液により吸着剤から99mTcをリリースさせて、比較的により高い99mTc放射能濃度(図20(b)に示すように)の99mTc溶液を得ることによって実施することができることを示す。
図19は比較吸着剤Cと比較して、本発明の吸着剤A及びBが低い濃度のNaCl溶液(<0.01%NaCl)中の[99mTcO4]-イオンに対するより大きいKd値、及び有用な生理的濃度値(0.9%NaCl)で比較吸着剤Cとほぼ同等のKd値を有することも示す。この事実により、吸着剤A及びBが吸着剤Cと比較してより大きい容積の99mTc水溶液から又は希NaCl溶液(<0.01%NaCl)中の99mTcを吸収するのにより良好に適することとなる(図20(a)参照)が、ほぼ同等の容積の生理的0.9%NaCl溶液により吸着剤A、B及びCから99mTcを放出することがなおも可能である(図20(b)参照)。図20(a)に示すように、10%の等しい破過について、約13mLの99mTc溶液を100mgの吸着剤Bを含むカラム上に負荷することができるが、5mLの99mTc溶液を100mgの比較吸着剤Cのカラム上に負荷することができるにすぎない。その後1.0mLの0.9%NaCl溶液により両吸着剤カラムから99mTcを溶出することにより(図20(b))、吸着剤C(非発明吸着剤)のFc=5と比較して吸着剤B(本発明)の13の濃縮係数(Fc)が得られる。したがって、図20及び表15から本発明による吸着剤A及びBがより高い濃縮係数をもたらし、したがって、濃縮法において比較吸着剤Cより性能が優れていることが明らかである。
更に、比較吸着剤D上の99mTcの吸着は非常に高く、低いNaCl濃度(<0.01%NaCl)の溶液中のKd値は>1000mL/gである(図19参照)が、生理的(0.9%)NaCl溶液中の99mTcの吸着能力が高い(Kd>100mL/g)ため、この吸着剤からの99mTcの脱着はより困難である。これは、この材料を通して溶出した溶液の濃縮係数を低下させ、且つ/又は末端使用者にとって最適な選択でない、大きい容積を有する最終99mTc溶液をもたらし得る。
この実施例で詳述した濃縮法に関連して、すべての工程がほぼ不変のpH値の異なるNaCl溶液を用いて実施される場合、この実施例で適用した「キャッチアンドリリース」概念は、吸着剤の相対的イオン交換特性によっても実証される。>1.3meq/gの吸着剤A及びB(本発明)のイオン交換容量値は、0.23meq/gの比較吸着剤Cのイオン交換容量と比較してこれらの吸着材の優れた吸着特性を示す。
本発明の吸着剤A及びBの更なる優れた特性は、それらのpHにより制御される吸着/脱着(溶液のpHを変化させることにより制御される「キャッチアンドリリース」)である。イオン化定数値がpKa≒11.2である吸着剤A及びB(例えば、Si(OH)(R)(NR'2))上の第三級アミノアルキル官能基のイオン化は、濃縮/精製中の溶液のpH変動による影響を強く受ける。吸着剤A及びBの第三級アミノアルキル官能基は、pH範囲pH>11.2で部分的にイオン化し、pH<11.2で完全にイオン化する。このイオン化特性は、可変pH値の分離媒体/溶液中のこれらの吸着剤の溶質選択性を増大させる。これと対照的に、比較吸着剤Cは、第四級アミノアルキル基により官能基化されている(Si(R')(NR3)+)ので、この吸着剤は、溶液のほぼ全pH範囲にわたり完全にイオン化するためpH制御可能特性を欠く。結果として、比較吸着剤Cは、可変pH値の分離媒体/溶液中の溶質選択性を失い得る。
図21(c)に示すように、より酸性度の高い溶液(0.025%NaCl+0.5M酢酸、pH=2.35)中の吸着剤A及びB並びに比較吸着剤D上への99mTcの負荷は、図21(a)に示すようにより酸性度の低い溶液(0.025%NaCl、pH=6)中で実施した負荷の場合よりはるかに高い。比較吸着剤C上への99mTcの負荷は、異なるpH条件で実質的に変化しない。
より塩基性度の高い溶液(0.9%NaCl+0.15M NaOH、pH≒13)による吸着剤A及びB並びに比較吸着剤Dから99mTcを放出/溶離することは、より塩基性度の低い溶液(0.9%NaCl、pH=6;図21(b)参照)中で99mTcを溶離することよりはるかに容易である(すなわち、はるかにより小さい溶液の容積を必要とする;図21(d)参照)。比較吸着剤Cから99mTcを溶離するには、各種pH条件下で吸着剤A、B及びDより大きい容積を必要とする。
比較吸着剤Dへの99mTcの負荷は、全pH溶液中で高い(図21(a)及び(c))が、生理的(0.9%)NaCl溶液中で(図21(b)参照)及び塩基性0.9%NaCl溶液中でさえ(図21(d)参照)99mTcの吸着が高いため、この吸着剤からの99mTcの脱着は、より困難である。この事実は、濃縮係数を低下させ、且つ/又は大きい容積を有する最終99mTc溶液をもたらし得る。理論により拘束されることなく、吸着剤Dのこの欠点は、[TcO4]-イオンとセルロースマトリックスとの間の特異的相互作用に起因する可能性があり、本発明の多官能吸着材の比較的に有利な特性を実証する。
要約すると、図21(c)に示すように最初により大きい容積の酸性99mTc溶液(0.025%NaCl+0.5M酢酸、pH=2.35)から吸着剤A及びB上に99mTcをキャッチ/吸着させ、次いで、はるかにより小さい容積の生理的0.9%NaCl溶液(pH=6〜8)により吸着剤から99mTcをリリースして、高い99mTc放射能濃度の99mTc溶液を得ることによって本発明の吸着剤A及びBを用いて濃99mTc溶液を得ることができる。
理論により拘束されることなく、本発明の吸着剤A及びB上への吸着/からの脱着のpH制御は、以下の例の式により説明することができる。
1.酢酸溶液中の吸着剤A又は吸着剤B上の99mTc負荷のためのキャッチ/吸着法:
-O-Si-(OH)(R)(NR'2)+H+ → -O-Si-(OH)(R)(N+HR'2) …式18
-O-Si-(OH)(R)(N+HR'2)+99mTcO4 - → -O-Si-(OH)(R)(N+99mTcO4 -HR'2) …式19
2.塩基性溶液による吸着剤A又は吸着剤Bからの99mTcの溶出のためのリリース法:
-O-Si-(OH)(R)(N+99mTcO4 -HR'2)+OH-+ → -O-Si-(OH)(R)(NR'2)+H2O+99mTcO4 -
…式20

Claims (26)

  1. a)その表面上に複数のシラノール基を含む多孔性シリカ基材を準備する工程と、
    b)前記シラノール基を
    i)式RnSi(OR')4-n(式中、Rはアルキル基であり、nは0又は1である)のケイ素化合物、
    又は
    ii)ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有する式R"mRnSi(OR')4-n-m(式中、Rはアルキル基であり、R"はアミノアルキル基であり、mは1又は2であり、nは0又は1である)のアミノアルキルシラン、又は
    iii)式M(OR')4の化合物、又は
    iv)i)〜iii)のいずれか2つ以上の混合物
    と反応させる工程と、
    c)b)の生成物を加水分解して、ヒドロキシル基を生成する工程と、
    d)工程c)で生成したヒドロキシル基を、ケイ素に結合した少なくとも2つの加水分解性基を有するアミノアルキルシラン及び式M(OR')4の化合物からなる群から独立に選択される、1つ又は複数の試薬と反応させる工程と、
    e)d)の生成物を加水分解する工程と
    を含み、
    各OR'が加水分解性基であり、各R'が同じであってもよく、又は異なっていてもよく、各Mが独立にZr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb又はGeである、
    吸着材を製造する方法。
  2. 工程d)及びe)を1〜10回反復する、請求項1に記載の方法。
  3. 工程a)で用いる前記多孔性シリカ基材が20〜150Å2/OHの間のシラノール基当たりの表面積を有する、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 工程a)の前記多孔性シリカ基材が300〜1000m2/gの間の比表面積を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 工程c)における加水分解する工程が、工程b)で形成した加水分解性基を化学量論量の水と反応させる工程を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 工程e)における加水分解する工程が、工程d)で形成した加水分解性基を化学量論量の水と反応させる工程を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 工程b)i)の前記ケイ素化合物がテトラアルコキシシランである、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 工程a)が
    A)ケイ酸塩の水溶液中のナノ粒子状物質の懸濁液を準備する工程と、
    B)ゲルを形成するために前記水溶液を酸性化する工程と、
    C)前記ゲルを加熱して、モノリスを形成する工程と、
    D)前記モノリスから粒子状材料を形成する工程と、
    E)粒子状材料からナノ粒子状物質を抽出するために前記粒子状材料を抽出溶液で処理する工程と
    を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材であって、前記オリゴマー鎖が交互の酸素及び原子Mからなる主鎖を有し、各Mが四価のSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、前記鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含む、吸着材。
  10. オリゴマー鎖が、18個のM-O単位の最大長を有する主鎖を有する、請求項9に記載の吸着材。
  11. オリゴマー鎖当たり少なくとも1つのMがSiでない、請求項9又は10に記載の吸着材。
  12. 各オリゴマー鎖が、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含む、請求項9から11のいずれか一項に記載の吸着材。
  13. 300〜1000m2/gの間の比表面積を有する、請求項9から12のいずれか一項に記載の吸着材。
  14. a)1つ又は複数の混入物種及び1つ又は複数の標的種を含む溶液を準備する工程と、
    b)工程a)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記オリゴマー鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択される、工程と、
    c)工程b)の後に溶液を溶出液として吸着材から分離する工程と
    を含む、金属イオンの混合物を含む溶液を精製し、且つ/又は濃縮する方法。
  15. d)抽出物を得るために、工程c)からの吸着材を、標的種を吸着材から抽出することができる抽出溶液で抽出する工程
    を更に含む、請求項14に記載の方法。
  16. d)工程a)の前に、使用される吸着材の更なるカラムを通して工程c)の溶液をリサイクルする工程
    を更に含む、請求項14に記載の方法。
  17. 前記混入物種が式[Z1O4]2-の混入物種であり、標的種が式[Z2O4]-の標的種であり、式中、Z1=Mo又はWであり、Z2=Tc又はReである、請求項14から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記混入物種がD4+イオンであり、DがTi、Ge、Zr、Sn及びHfからなる群から選択され、標的種がX3+イオンであり、XがSc、Ga、Y、In又はLuからなる群から選択される、請求項14から16のいずれか一項に記載の方法。
  19. 吸着材の前記オリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含む、請求項14から18のいずれか一項に記載の方法。
  20. 工程b)の前記吸着材がM中心に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を含み、各MがSiである、請求項14から18のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記吸着材のオリゴマー鎖が、Si原子に結合した少なくとも1つのアミノアルキル基を更に含む、請求項14に記載の方法。
  22. d)吸着材を再生する工程を更に含み、
    前記再生する工程が、再生液を吸着材に加える工程を含む、請求項14に記載の方法。
  23. 前記再生液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化アンモニウム、又はこれらのいずれか2つ以上の混合物の溶液を含む、請求項22に記載の方法。
  24. 工程a)の前に以下の工程A)〜C)
    A)1つ又は複数の標的種及び1つ又は複数の混入物種を含む溶液を準備する工程と、
    B)工程A)の溶液を、その表面上に複数のオリゴマー鎖を有する多孔性シリカを含む吸着材と接触させる工程であり、前記オリゴマー鎖が、交互の酸素及び四価M原子からなる主鎖を有し、前記鎖のそれぞれが複数のM-OH部分を含み、各MがSi、Zr、Ti、Hf、Sn、Th、Pb及びGeからなる群から独立に選択され、
    吸着材のオリゴマー鎖がSiでない少なくとも1つのMを含み、標的種に対する吸着材の親和力が混入物種に対する親和力より低い、工程と、
    C)工程a)の溶液である抽出物を得るために、工程B)からの吸着材を、標的種を吸着材から抽出することができる抽出溶液で抽出する工程と
    を更に含む、請求項14から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. D)工程C)の後及び工程a)の前に、吸着材を通して工程C)の抽出物をリサイクルする工程を更に含む、請求項24に記載の方法。
  26. 工程A)の前記溶液が、経時的に崩壊して標的種を形成しそれにより混入物種となる親種を含む、請求項23又は24に記載の方法。
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