萃取色层法从加速器辐照的镉靶中提取111In

陈玉清,罗文博,李 光,乔来成

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

111In 为加速器生产的核素,半衰期为67 h。在衰变中释放出173 keV和247 keV的γ射线，是比较完美的诊断用放射性核素。111In3+能与许多有机配体形成稳定配合物，在医学上具有重要的应用价值。目前趋肿瘤的111In 药品有111In Cl3、111In -枸橼酸盐和111In -博来霉素等。111In 标记单克隆抗体、多肽等还在不断发展。国内外已有商品111In 供应，111In 标记化合物的研究仍在继续进行。

天然镉靶中含有Cu、Zn、Fe等杂质，Cyclotron-30加速器使用的是Cu靶托，辐照时有少量65Zn产生，同时Cu靶托也可能被硝酸溶解，这些杂质影响111In 的标记使用，需要去除。从加速器辐照的镉靶中提取111In 的方法主要有离子交换法[1]、液体萃取法[2-3，5]和氢氧化物沉淀法[2，4]。上述几种方法的不足之处在于：离子交换法需用浓氢溴酸淋洗，氢溴酸有很强的腐蚀性；萃取法步骤繁琐，不易操作；氢氧化物沉淀法产品收率低。

本研究拟建立从Cyclotron-30质子回旋加速器辐照后的Cd靶中提取111In 的方法，采用萃取色层法，其分离效率高，操作方便，可分离111In 与Cd靶材及其他杂质，得到111In 核素。

1 主要实验材料

1.1 主要仪器与装置

Cyclotron-30质子回旋加速器：中国原子能科学研究院与IBA公司联合制造；GEM-35190-SP型高纯锗放射性γ探测器(相对探测效率38%，γ射线能量分辨率1.78)：美国ORTEC公司产品；FH463A自动定标器、FT-603井型NaI γ闪烁探头: 北京核仪器厂产品； CRC-15R放射性活度计：美国Capintec 公司产品；WPS-1型光栅光谱仪：上海光学仪器厂产品；康氏电动振荡机: 北京通县医疗器械厂产品；800型电动离心机：上海手术器械厂产品。

1.2 主要材料与试剂

115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn、55+59Fe放射性示踪剂：原子高科股份有限公司提供；50%的二(2-乙基己基)磷酸萃淋树脂(CL-D2EHPA，75～120目)：北京化工冶金研究院提供；分离柱：用底部带有烧结玻璃砂芯，柱径10 mm的 玻璃交换柱，内填4.5 g CL-D2EHPA萃淋树脂，用玻璃纤维固定树脂床，使用前用7 mol/L硝酸平衡处理；盐酸、硝酸均为市售分析纯。

2 实验方法

2.1 金属离子的静态分配系数测定

称取0.5 g CL-D2EHPA树脂与5.0 mL分别含放射性115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn、和55+59Fe示踪剂的不同浓度的硝酸或盐酸(已取1.0 mL作吸附前原始水相)于10 mL萃取管中混合，在康氏振荡机上振荡30 min。离心分离后，取1.0 mL水相作吸附平衡后水相。采用井型NaI γ探测器分别测量吸附平衡前后水相的放射性计数。按下式计算分配系数：

Kd=[(C0-C)/G]/(C/V)

式中：Kd为分配系数；C0、C分别为吸附平衡前后1 mL水相的放射性计数。G为树脂质量0.5 g；V为水相体积5.0 mL。

2.2 硝酸溶解镉靶的浓度选择

分别取20 mL 13、11、9、7、5、3 mol/L的硝酸溶液，加入到约2 g 金属镉中，观察溶解时间和反应现象，选择最佳溶解金属镉的硝酸浓度。

取溶解时间短、反应温和的硝酸浓度为溶解镉靶实验的条件。

2.3 金属离子Cd2+、Cu2+、Zn2+ 、In3+、Fe3+动态淋洗曲线

1)模拟料液配制：配制7 mol/L硝酸溶液，并使其中含Cd 50 g/L、Cu 10 g/L、Fe 50 mg/ L、Zn 5 mg/ L、In 1.8 mg/ L 。

2) CL-D2EHPA 树脂柱准备：称取4.5 g CL-D2EHPA装入内径10 mm的玻璃柱中，用7 mol/L硝酸平衡柱床。

3)实验过程：取模拟料液20 mL加入放射性指示剂摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。首先用7 mol/L硝酸淋洗Cd2+、Cu2+和Zn2+，淋洗体积约为40 mL。然后用3 mol/L盐酸解吸In3+，体积30 mL。最后用5 mol/L盐酸解吸Fe3+，并用纯净水洗柱再生柱床。监测核素主峰部分，并用干净小管收集洗脱液，每1 mL为一样品。所收集的样品采用井型NaI γ计数器测量放射性活度。分别做出每个核素的流出曲线。

4) Cd2+穿透曲线：取模拟料液20 mL加入放射性115+115mCd摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脱液部分,做115+115mCd核素的流出曲线。

5)Cu2+穿透曲线

取模拟料液20 mL加入放射性64Cu摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脱液部分,做64Cu核素的流出曲线。

6)Zn2+穿透曲线

取模拟料液20 mL加入放射性65Zn摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集7 mol/L HNO3洗脱液部分,做65Zn核素的流出曲线。

7)In3+解吸曲线

取模拟料液20 mL加入放射性指示剂114+114mIn摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集3 mol/L HCl洗脱液部分，做114+114mIn核素的流出曲线。

8)Fe3+的洗脱曲线

取模拟料液20 mL加入放射性55+59Fe摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集5 mol/LHCl洗脱液部分，做55+59Fe核素的流出曲线。

2.4 放射性114+114mIn回收率测定

取模拟料液20 mL加入一定量(约37 MBq)放射性指示剂114+114mIn摇均匀，将其加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。收集3 mol/LHCl部分，计算114+114mIn核素的放化回收率，回收率=分离后收集到的放射性活度/上柱所用的放射性总活度。

2.5 In解吸液中所含化学杂质分析

取模拟料液20 mL，将其直接加载到用7 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA 树脂柱上。用2.3节方法分离，收集用30 mL 3 mol/L盐酸解吸In3+部分，用光栅光谱仪分析此部分溶液所含化学杂质Cd、Cu、Zn、Fe的含量。

2.6 热实验

用电沉积法[6]制备天然金属Cd靶,靶重小于1 000 mg，在Cyclotron-30质子回旋加速器上辐照，质子能量30 MeV，束流小于100 μA，辐照时间5～10 h。辐照后的镉靶用7 mol/L硝酸溶解后，用2.3节方法分离，收集111In 产品部分，测量活度，产品在高纯锗放射性γ探测器中进行核纯度分析。

3 结果与讨论

3.1 金属离子的静态分配系数测定

3.1.1金属离子Cd2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、In3+在CL-D2EHPA硝酸体系中的静态分配系数

用2.1节方法，使用115+115mCd、64Cu、65Zn、114+114mIn和55+59Fe为示踪剂，金属离子Cd2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、In3+在CL-D2EHPA硝酸体系中的静态分配系数(Kd)列于表1。

表1 0.5 g CL-D2EHPA硝酸体系中金属离子的Kd

从表1可看出，大于0.50 mol/L的硝酸体系中，Cd2+、Zn2+和Cu2+不吸附，In3+和Fe3+吸附在树脂上，In3+、Fe3+能与Cd2+、Zn2+和Cu2+分开。但在硝酸体系中In3+、Fe3+均对树脂有较强的吸附。

3.1.2金属离子Fe3+、In3+在CL-D2EHPA盐酸体系中的静态分配系数

用2.1节方法，使用114+114mIn和55+59Fe为示踪剂，金属离子In3+和Fe3+在CL-D2EHPA-盐酸体系中的Kd结果列于表2。从表2看出，盐酸浓度为3.00 mol/L时, In3+的Kd值0.1, Fe3+的Kd值19，即可将Fe3+与In3+分开。5.00 mol/L盐酸时Fe3+的Kd值1.3可以将Fe3+从树脂上洗脱。

表2 0.5 g CL-D2EHPA-不同浓度盐酸体系中金属离子的Kd

基于上述实验，本工作选择CL-D2EHPA树脂为吸附剂，7.00 mol/L硝酸、3.00 mol/L盐酸、5.00 mol/L盐酸为洗脱液，分阶段淋洗不同核素，将In3+与Fe3+、Cd2+、Zn2+和Cu2+分开。

3.2 溶解镉靶硝酸的浓度

利用Cd+4HNO3→Cd(NO3)2+2NO2↑+2H2O反应，观察Cd完全溶解所需时间及反应现象，结果列于表3。从表3看出，9.00 mol/L以上硝酸溶解Cd时，化学反应剧烈，产生大量气泡，产品容易损失。3.00 mol/L以下硝酸溶解Cd时间长，对操作放射性人员不利。7.00 mol/L硝酸溶解镉靶时间不超过10 min，化学反应不剧烈，故溶镉靶选用7.00 mol/L硝酸。

表3 金属镉(Cd)溶于20 mL不同浓度硝酸中反应结果

3.3 Cd2+、Cu2+、Zn2+ Fe3+、In3+的穿透曲线

Cd2+、Cu2+、Zn2+Fe3+、In3+的穿透曲线分别示于图1～5。图1～3中流出体积第1～20 mL为料液，第21～60 mL为7.00 mol/L硝酸洗涤柱子上的Cd2+、Cu2+、Zn2+；图4中第61～90 mL为3.00 mol/L盐酸解吸In3+；图5中第91～130 mol为5.00 mol/L盐酸洗涤柱子上的Fe3+。

图1 Cd2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲线 Fig.1 Elution profile of Cd2+ with 7.00 mol/L HNO3

图2 Cu2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲线Fig.2 Elution profile of Cu2+ with 7.00 mol/L HNO3

图3 Zn2+用7.00 mol/L硝酸淋洗穿透曲线 Fig.3 Elution profile of Zn2+ with 7.00 mol/L HNO3

图4 In3+用3.00 mol/L盐酸解吸曲线Fig.4 Elution profile of In3+ with 3.00 mol/L HCl

图5 Fe3+用5.00 mol/L盐酸洗脱曲线Fig.5 Elution profile of Fe3+ with 5.00 mol/L HCl

根据上述实验，确定提取In步骤是：将溶靶液加载到用7.00 mol/L硝酸平衡好的CL-D2EHPA柱子上，先用40 mL 7.00 mol/L硝酸洗涤柱子上的Cd2+、Cu2+、Zn2+；接着用30 mL 3.00 mol/L盐酸解吸In3+并收集；最后用50 mL 5.00 mol/L盐酸洗涤柱子上的Fe3+并用纯净水洗柱再生柱床。

3.4 114+114mIn的回收率

以放射性114+114mIn为示踪剂,用2.3节方法，收集3 mol/L盐酸30 mL解吸In3+部分，计算114+114mIn的回收率列于表4。由表4可以看出，114+114mIn的回收率均大于96%。

表4 114+114mIn的放化回收率

3.5 In解吸液中化学杂质检测结果

模拟料液分离后， 用光栅光谱仪对30 mL In解吸液中的杂质进行分析，结果列于表5。由表5可知，总杂质浓度小于2 mg /L。

表5 模拟料液经D2EHPA柱分离后杂质含量

3.6 热实验

1)将制备的天然金属镉靶在Cyclotron-30质子回旋加速器上辐照，质子能量30 MeV，束流小于100 μA，辐照时间5～10 h。辐照后的镉靶放置24 h，用7.00 mol/L硝酸溶解后，用2.3节方法分离，收集111In 产品部分，测量活度。结果列于表6。由表6可看出，天然镉靶产出111In活度>11.1 GBq，其 EOB产额约29.6 MBq/(μA·h)。

表6 111In 热实验结果

2)取约185 MBq111In 产品，在高纯锗放射性γ探测器上进行分析，测量产品不同衰变时间核纯度，结果列于表7和表8。

由表7和表8可以看出，采用CL-D2EHPA萃取色层法可从质子加速器辐照的天然镉靶中分离出111In ，但其中含有多种铟的放射性同位素，其中半衰期短的110Inm、109In等可很快衰变掉，而要降低半衰期较长的114Inm的含量，只能选用高丰度112Cd做靶。

表7 辐照Cd靶放置24 h后分离的 111In 产品核纯度

表8 111In 产品衰变48 h后核纯度分析结果

基于上述实验结果，确定了从天然Cd靶中(含有Cu、Zn、Fe杂质)提取111In 的分离工艺：将Cd靶用7 mol/L 硝酸溶解，溶靶液适当加热去除NO2，冷却后加载到4.5 g CL-D2EHPA萃淋树脂柱上，先用 7 mol/L 硝酸将Cd、Cu、Zn等淋洗，再用3.00 mol/L 盐酸解吸111In 并收集，最后用5.00 mol/L 盐酸洗脱柱上Fe，并用纯净水洗柱再生柱床。采用该分离工艺，可以将111In 从天然 Cd靶中提取。

4 结 论

本研究建立了使用CL-D2EHPA萃淋树脂从天然Cd靶中提取111In 的方法。加速器辐照的天然镉靶，使用本方法分离、纯化可得到>300 mCi的111In ；111In 放射性核纯度大于96%；化学杂质小于2 mg /L；In的回收率大于96%。

参考文献：

[1] Zatiseva NG, Knotek O, Kowalew A, et al. Excitation functions and yields for111In production usingnatCd (p,xn)111In reaction with 65MeV protons[J]. Appl Radiat Isot， 1990, 41 (2): 177-183.

[2] Brown LC, Beets AL. Cyclotron production of carrier-free Indium-111[J]. Appl Radiat Isot, 1972, 23: 57.

[3] Levin VI, Koilova MD, Malinin AB, et al. The production of carrier-free Indium-111[J]. Appl Radiat Isot, 1974, 25: 286.

[4] Macdonald NS, Neely HH, Wood RA, et al. Methods for compact cyclotron production of Indium-111 for medical use[J]. Appl Radiat Isot, 1975, 26: 631.

[5] 刘正浩，唐志刚. 从辐照的镉靶中分离111In [J]. 核化学与放射化学,2000,22(4):248-251.

Liu Zhenghao, Tang Zhigang. Separation of111In from irradiated cadmium target[J]. Journal of Nuclear and Radiochemistry, 2000, 22(4):248-251(in Chinese).

[6] 陈玉清，李超，解向前. 电沉积法制备镉靶[J]. 原子能科学技术,2002, 36(z1):407-408.

Chen Yuqing, Li Chao, Xie Xiangqian. Preparation of Cd Target by Electrodepositon[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2002,36(z1):407-408(in Chinese).