Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЛЮТЕЦИЯ-177 ИЗ ОБЛУЧЕННОГО ИТТЕРБИЯ

Изобретение относится к области ядерной медицины и может быть использовано для получения изотопа ¹⁷⁷Lu медицинской чистоты.

Получение nca (nca - no-carrier-added, безносительный) ¹⁷⁷Lu из облученного ¹⁷⁶Yb представляет собой принципиально сложную задачу, поскольку требует отделения микроскопических количеств - ¹⁷⁷Lu от макроскопических количеств мишени ¹⁷⁶Yb. Например, в реакторе с высоким потоком (~2⋅10¹⁵ н⋅см^-2⋅сек¹) выход ¹⁷⁷Lu составляет около 400 мКи на 1 мг 100% обогащенной мишени ¹⁷⁶Yb, что соответствует <4 мкг Lu, который необходимо отделить от не активированного материала мишени ¹⁷⁶Yb. При уменьшении потока нейтронов до ~10¹⁴ н⋅см^-2⋅сек¹ выход ¹⁷⁷Lu уменьшается в ~20 раз, что соответствует ~0,2 нг или ~200 пг ¹⁷⁷Lu в 1 мг мишени ¹⁷⁶Yb. Кроме того, весь процесс получения nca ¹⁷⁷Lu ограничен во времени (≤42 часов) и должен предусматривать регенерацию изотопного иттербия.

Известны способы получения nca ¹⁷⁷Lu из облученного ¹⁷⁶Yb, основанные на электрохимических процессах, например [1] (Lebedev, N.A.; Novgorodov, A.F.; Misiak, R.; Brockmann, J.; Roesch, F. Radiochemical separation of no-carrier-added 177Lu as produced via the 176Yb(n,γ)177Yb→177Lu process. Appl. Radiat. Isot., 2000, 53, P. 421-425), [2] (Chakravarty, R.; Das, Т.; Dash, A.; Venkatesh, M. An electroamalgamation approach to isolate no-carrier-added 177Lu from neutron irradiated 177Yb for biomedical applications. Nucl. Med. Biol., 2010, 37(7), P. 811-820), ионообменной хроматографии [3] (патент RU2573475, МПК G21G 4/04, G21G 4/08, C01F 17/00, B01J 45/00, опубл. 20.01.2016), жидкостной экстракции [4] (Lahiri, S.; Nayak, D.; Nandy, M.; Das, N.R. Separation of carrier free lutetium produced in proton activated ytterbium with HDEHP. Appl. Radiat. Isot., 1998, 49(8), P. 911-913.), экстракционной хроматографии, например [5] (E.P. Horwitz, D.R. McAlister, A.H. Bond, R.E. Barrans, J.M. Williamson, A process for the separation of ¹⁷⁷Lu from neutron irradiated ¹⁷⁶Yb targets, Applied Radiation and Isotopes, 63 (2005), P. 23-36). Однако ни один из них в силу различных недостатков не реализован для мишеней более 100 мг.

Наиболее близким к заявляемому способу выделения ¹⁷⁷Lu из облученного ¹⁷⁶Yb является предложенная в [5] расчетная схема выделения ¹⁷⁷Lu из 300 мг облученного ¹⁷⁶Yb. В соответствии с этой схемой процесс состоит из повторяющихся этапов экстракционно-хроматографического разделения лютеция и иттербия на колонке с твердофазным экстрагентом на основе 2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты (смола LN2) и концентрирования обогащенного по лютецию элюата на колонке с твердофазным экстрагентом на основе N,N'-тетраоктилдигликольдиамида (смола DGA).

Колонки для хроматографического разделения наполняются смолой LN2 с таким расчетом, чтобы количество иттербия составляло на первом этапе менее 8% от полной емкости сорбента, на втором этапе ~1.5% и на третьем этапе менее 0.3%. Каждый этап хроматографического разделения состоит из стадий:

1) сорбции на колонке с LN2 Lu и Yb из раствора нанесения с низкой кислотностью (0.1 М HNO₃ или 0.05 М HCl),

2) элюирования большей части иттербия раствором азотной кислоты с концентрацией 1.5 М,

3) элюирования лютеция с оставшимся иттербием 4 М азотной кислотой.

Каждый этап концентрирования обогащенного по лютецию элюата на колонке со смолой DGA состоит из стадий:

1) сорбции иттербия и лютеция из элюата,

2) промывки разбавленной азотной кислотой,

3) элюирования лютеция и иттербия 0.05 М соляной кислотой. Полученный элюат поступает на второй этап хроматографического разделения, оттуда обогащенный по лютецию элюат поступает на второй этап концентрирования, концентрат второго этапа поступает на третий этап хроматографического разделения, на котором происходит окончательное отделение лютеция от иттербия.

В результате на первом этапе хроматографического разделения лютеций очищается от иттербия в 10 раз, элюат концентрируется в 4.5 раза. На втором этапе хроматографического разделения лютеций очищается еще в 150 раз, элюат концентрируется в 5 раз.

Коэффициент очистки (К_оч) лютеция от иттербия составляет на первом этапе 10, на втором - 150 и на третьем 1000>К_оч>100.

В предложенной схеме имеются существенные недостатки: низкие К_оч для указанных загрузок колонок и невысокая степень концентрирования. Указанные недостатки приводят к увеличению количества этапов выделения лютеция, увеличению объемов элюентов.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего при той же или большей загрузке колонок увеличить коэффициенты очистки на этапах хроматографического разделения лютеция и иттербия и увеличить степень концентрации на этапах концентрирования.

Технический результат достигается тем, что способ выделения лютеция-177 из облученного иттербия включает повторяющиеся этапы: хроматографическое разделение на колонке, содержащей твердофазный экстрагент на основе 2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты, элюированием азотнокислым раствором; концентрирование на колонке, содержащей твердофазный экстрагент на основе N,N'-тетраоктилдигликольдиамида, отличается тем, что на этапах хроматографического разделения нанесение исходного раствора и элюирование иттербия проводится раствором азотной кислоты с концентрацией от 1.32 до 1.5 моль/л, а на этапах концентрирования элюирование концентрата лютеция и иттербия проводят раствором цитрата аммония с концентрацией от 0.05 до 0.1 моль/л.

Для решения задачи предлагается на каждом этапе хроматографического разделения на стадии нанесения использовать азотнокислый раствор с той же концентрацией кислоты, что и на стадии элюирования большей части иттербия; а на этапах концентрирования использовать колонки с большей загрузкой и на стадии элюирования лютеция и иттербия раствор цитрата аммония.

Пример 1. Этап 1 хроматографического разделения иттербия и лютеция.

На первой стадии на хроматографическую колонку с 3.4 мл смолы LN2 с площадью сечения 0.3421 см² и высотой наполнения 10 см подали 2.5 мл (1 свободный объем) раствора 0.1 М цитрата аммония в 1.35 М азотной кислоте, содержащий 6 мг иттербия и 0.4 мг лютеция (7% от максимальной емкости).

Затем, на второй стадии колонку промывали 1.35 М азотной кислотой, и отбирали фракции по 1 свободному объему. Фракции анализировали на содержание лютеция и иттербия.

В то время как в прототипе при аналогичной загрузке колонки (7%, первый этап хроматографического разделения) при отборе в полезную фракцию 86.5% К_оч=10, то в приведенном примере К_оч>65.

Пример 2. Этап 2 хроматографического разделения иттербия и лютеция.

На первой стадии на хроматографическую колонку с 3.4 мл смолы LN2 с площадью сечения 0.3421 см² и высотой наполнения 10 см подали 2.5 мл (1 свободный объем) раствора 0.1 М цитрата аммония в 1.35 М азотной кислоте, содержащий 2 мг иттербия и 0.15 мг лютеция (2.5% от максимальной емкости).

Затем, на второй стадии колонку промывали 1.35 М азотной кислотой, и отбирали фракции по 1 свободному объему. С фракции 19 элюирование проводили 4 М азотной кислотой (третья стадия). Фракции анализировали на содержание лютеция и иттербия.

Таким образом, если на втором этапе хроматографического разделения иттербия и лютеция по прототипу при загрузке колонки на 1.5% и выходе в полезную фракцию ~92% лютеция К_оч равен 150, то по предлагаемому способу при существенно большей загрузке колонки (2.5%) К_оч>370 при выходе лютеция в полезную фракцию ~98%.

Пример 3. Этап концентрирования.

На хроматографическую колонку с 10.6 мл смолы DGA с площадью сечения 1.761 см² и высотой наполнения 6 см подали 400 мл 4М азотной кислоты, содержащий 100 мг Yb. Затем колонку промыли 12 мл 4 М азотной кислотой и иттербий элюировали 12 мл 0.1 М цитрата аммония. Весь иттербий был сконцентрирован в растворе цитрата аммония.

Пример 4. Этап 3 хроматографического разделения иттербия и лютеция.

На первой стадии на хроматографическую колонку с 3.2 мл смолы LN2 с площадью сечения 0.3421 см² и высотой наполнения 10 см подали 3 мл (1 колоночный объем) раствора 0.1 М цитрата аммония в 1.35 М азотной кислоте, содержащий 1.02⋅10⁸ Бк (~20 мкг, <0.5% от максимальной емкости) иттербия и 3.56⋅10⁹ Бк лютеция (отношение активности Yb/Lu~2.7⋅10^-2).

Затем, на второй стадии колонку промывали 1.35 М азотной кислотой, и отбирали фракции по 1 свободному объему. С фракции 19 элюирование проводили 4 М азотной кислотой (третья стадия). Фракции анализировали на содержание лютеция и иттербия.

В полезную фракцию отобрали ~98% лютеция; отношение активности Yb/Lu ~2⋅10^-6. то есть коэффициент очистки оказался >1.3⋅10⁴, что существенно больше, чем в прототипе (К_оч~1000) на третьем этапе и на колонке с меньшей загрузкой.

Пример 5. Расчетные схемы выделения nca¹⁷⁷Lu из 300 и 500 мг мишени облученного ¹⁷⁶Yb.

В соответствии с разработанным способом были рассчитаны схемы получения высокочистого лютеция-177 из мишеней облученного иттербия-176 весом 300 и 500 мг (таблицы 8 и 9). Каждый этап схемы был рассчитан на основе экспериментальных данных (см. примеры 1-4), аппроксимированных на соответствующее количество иттербия.

В результате применения разработанного способа при той же загрузке колонки с LN2 на первом этапе хроматографического разделения достигается К_оч от 17 до 65 при отборе в полезную фракцию от 85 до 96% лютеция. На первом этапе концентрирования с использованием колонки с DGA с загрузкой 90% достигается степень концентрирования (R) от 33 до 90 в зависимости от количества иттербия. На втором этапе при той же загрузке колонки с LN2, увеличивается К_оч с ~150 до 370. Следовательно уменьшается объем колонки с DGA на втором этапе концентрирования. На третий этап поступает меньший объем элюата с меньшим содержанием иттербия и К_оч увеличивается до 1.3⋅10⁴.