CS-30回旋加速器制備111In

李順濤，楊遠(yuǎn)友,*，廖家莉，侯德燕，高 進(jìn)，田 園楊吉軍，唐 軍，文永安，劉 寧

1.四川大學(xué) 原子核科學(xué)技術(shù)研究所 輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610064；2.四川明欣藥業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；3.國(guó)科戎安(北京)生物醫(yī)藥研究院，北京 100037

CS-30回旋加速器制備111In

李順濤1，楊遠(yuǎn)友1,*，廖家莉1，侯德燕3，高 進(jìn)3，田 園3
楊吉軍1，唐 軍1，文永安2，劉 寧1

1.四川大學(xué) 原子核科學(xué)技術(shù)研究所 輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610064；
2.四川明欣藥業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；3.國(guó)科戎安(北京)生物醫(yī)藥研究院，北京 100037

在四川大學(xué)CS-30回旋加速器上通過核反應(yīng)NatCd(p，xn)111In進(jìn)行了制備放射性核素111In的研究。實(shí)驗(yàn)選用高純度的天然鎘作為靶材料，并采用電沉積法制備靶件，研究了輻照靶件的溶解以及放射化學(xué)分離方法。結(jié)果表明，采用26 MeV的質(zhì)子轟擊天然靶件，并采用CL-P204樹脂將In與Cu2+、Cd2+、Zn2+等雜質(zhì)進(jìn)行分離，可以得到產(chǎn)額(EOB 48 h，即轟擊結(jié)束48 h后)約為25～28 MBq/(μA·h)的111In，其放射性核素純度大于99%，Cu2+和Cd2+等化學(xué)雜質(zhì)總質(zhì)量濃度小于8.0 mg/L。

111In；CS-30回旋加速器；CL-P204樹脂

111In的半衰期為67 h，在衰變過程中釋放出能量為173 keV和247 keV的γ射線，是較為理想的醫(yī)用診斷放射性核素。111In能與許多有機(jī)配體形成穩(wěn)定配合物，如親腫瘤的111In藥品111In-DOPAMINE、111In-OCTRETIDE和111In-單克隆抗體等，在醫(yī)學(xué)上具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。為此，本研究擬利用天然靶件制備放射性核素111In，并進(jìn)行核反應(yīng)的選擇、靶件制備、模擬靶件輻照的放射化學(xué)分離、靶件的輻照、靶件輻照后的放射化學(xué)分離以及最佳分離條件的探索。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CS-30回旋加速器，美國(guó)TCC公司；CAAM-2001型原子吸收光譜儀，北京浩天暉科貿(mào)有限公司；SPECTRO ARCOS型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)，德國(guó)斯派克分析儀器公司；BS201S電子天平，最大測(cè)量量度210 g，精度0.1 mg，德國(guó)Sartorius公司；FH463A智能定標(biāo)器，北京核儀器廠；0～15 V/1 A兩路直流穩(wěn)流電源，廣州郵科電源；電沉積槽槽體材料為聚四氟乙烯，外部尺寸為：16 cm×7 cm×7 cm，內(nèi)部尺寸為13 cm×4.5 cm×4.5 cm;GEM30P4-76型HPGe γ能譜儀，美國(guó)ORTEC公司。

P204樹脂柱：稱取6.5 g P204樹脂(CL-P204樹脂，粒徑大小為75～120 μm，北京化工冶金研究院提供)，用蒸餾水清洗后，濕法裝柱(φ7 mm×80 mm)。先用約50 mL 7.0 mol/L的HNO3淋洗，再用約30 mL 3.0 mol/L的HCl淋洗過柱，最后用蒸餾水清洗至中性，重復(fù)上述步驟3次，備用。

硫酸鎘(Cd3O12S3·8H2O)、硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)、無(wú)水乙醇、鹽酸(HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%～38%)、硝酸(HNO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～68%)，分析純，成都市科龍化工試劑廠；氯化銦(InCl3)，分析純，阿拉丁試劑公司；硫酸銅(CuSO4·5H2O)，分析純，成都化學(xué)試劑廠；苯酚(C6H5OH)，分析純，重慶北培精細(xì)化工廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 靶件的制備 電鍍液[4-6]成分如下：ρ(Cd2+)=52.5 g/L、c(H2SO4)=0.8 mol/L、ρ(C6H5OH)=6.0 g/L、V(C2H5OH)/V總=1∶5。將銅靶置于電沉積槽中，陽(yáng)極為Pt絲，陰極為銅襯底，U=3.5 V，I=100 mA，電鍍時(shí)間為5～6 h。得到的靶質(zhì)量約為1.0～1.5 g，大小為10 cm×2 cm，質(zhì)地均勻致密，光滑且鍍層厚度適中。

1.2.2 靶件的輻照 在四川大學(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所的CS-30回旋加速器上采用26 MeV質(zhì)子對(duì)靶件進(jìn)行輻照，輻照束流25～30 μA，輻照時(shí)間2 h。

1.2.3 靶件的溶解 采用未輻照的電鍍靶件(模擬靶件)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且采用不同濃度的HNO3進(jìn)行溶解，根據(jù)溶解時(shí)間、鎘溶解量以及反應(yīng)劇烈程度等確定溶解靶件的HNO3濃度和溶解時(shí)間。

1.2.4 模擬靶件的分離方法 模擬液的配制[7-8]：配制1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3溶液，并在其內(nèi)加入金屬離子，使Cd2+、Cu2+、Zn2+、In3+質(zhì)量濃度分別為50.0 g/L、10.0 g/L、 5.0 mg/L、5.0 mg/L，此時(shí)的溶液相當(dāng)于對(duì)應(yīng)濃度HNO3溶解輻照靶件的溶液。先用對(duì)應(yīng)濃度的HNO3酸化P204樹脂柱，平衡柱床，取20 mL模擬溶液，加入109Cd和111In作為示蹤核素，搖勻后滴加上柱，然后分別用40 mL的1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L的HNO3洗脫Cd2+、Cu2+、Zn2+，收集洗脫液，作對(duì)應(yīng)濃度Cd2+、Cu2+、Zn2+的洗脫曲線和洗脫率計(jì)算；然后用30 mL左右的1.0、3.0、5.0、7.0 mol/L的HCl來(lái)解吸In3+，收集解吸液，做對(duì)應(yīng)濃度的In3+的解吸曲線和解吸率計(jì)算。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定HNO3洗脫Cd2+、Cu2+、Zn2+的洗脫濃度和解吸In3+的解吸濃度[2-3]。

1.2.5 輻照靶件的放射化學(xué)分離 輻照靶件的放射化學(xué)分離與模擬料液的放射化學(xué)分離方法相同。輻照靶件采用模擬靶件確定好的HNO3濃度和時(shí)間進(jìn)行溶解，溶解液上P204樹脂柱，將其先用40 mL左右選定濃度的HNO3淋洗過柱，除去大量的Cu2+、Cd2+以及少量的Zn2+，再用20 mL左右選定濃度的HCl解吸In3+，并用HPGe γ能譜儀對(duì)解吸下來(lái)的In3+溶液進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 核反應(yīng)的選擇和輻照條件的確定

111In的生產(chǎn)方法主要有以下3種[9-10]：(1)111Cd(p，n)111In要求質(zhì)子流的能量約為4～15 MeV；(2)112Cd(p，2n)111In要求質(zhì)子流的能量約為16～22 MeV，并且112Cd需要富集；(3)109Ag(α，2n)111In要求α粒子流能量約為15～30 MeV。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究狀況以及四川大學(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所CS-30回旋加速器的性能指標(biāo)，選擇質(zhì)子轟擊電鍍靶件來(lái)制備核素111In：NatCd(p，xn)111In，質(zhì)子流的能量約為26 MeV，束流約為25～30 μA，輻照時(shí)間為2 h，輻照靶冷卻24 h后，再進(jìn)行溶解與放射化學(xué)分離。

2.2 輻照靶件的溶解

采用不同濃度HNO3溶解模擬靶件的結(jié)果列于表1。表1結(jié)果表明，用1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3溶解1.2～1.5 g模擬靶件，室溫下，當(dāng)HNO3濃度為5.0 mol/L、用量50 mL、溶解時(shí)間為3 min時(shí)溶解效果最佳。根據(jù)模擬靶件的溶解結(jié)果，輻照靶件冷卻24 h后用50 mL的5.0 mol/L HNO3溶解3 min后，再進(jìn)行放射化學(xué)分離。

表1 HNO3濃度與靶件溶解的關(guān)系Table 1 Effect of HNO3 concentration and solution on the Cd

2.3 模擬靶件的放化分離結(jié)果

2.3.1 Cd2+的洗脫曲線和洗脫率 按1.2.4節(jié)方法收集洗脫液后，用智能定標(biāo)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算放射性109Cd的洗脫率，并且描繪Cd2+的洗脫曲線，結(jié)果示于表2和圖1。表2結(jié)果表明，在1.0、3.0、5.0 mol/L HNO3淋洗情況下，109Cd的洗脫率可達(dá)95%～96%，可選5.0 mol/L HNO3作為Cd2+的淋洗條件。從圖1可以看出，不同濃度HNO3淋洗情況下，Cd2+的洗脫曲線趨勢(shì)一致， Cd2+的洗脫主要發(fā)生在5～35 mL，35 mL后，Cd2+的洗脫完全。

表2 HNO3濃度與Cd2+洗脫率的關(guān)系Table 2 Effect of HNO3 concentration and the elution of Cd2+

2.3.2 Cu2+的洗脫曲線和洗脫率 按1.2.4節(jié)收集洗脫液后，用原子吸收法測(cè)量Cu2+的洗脫率，并且描繪Cu2+的洗脫曲線，結(jié)果示于表3和圖2。由表3結(jié)果可知，在1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3淋洗情況下，Cu2+的洗脫率均在100%以上，根據(jù)Cd2+的淋洗條件同樣可選5.0 mol/L HNO3作為Cu2+的淋洗條件。從圖2可以看出，在不同濃度HNO3淋洗情況下，Cu2+的洗脫曲線趨勢(shì)一致，Cu2+的洗脫主要發(fā)生在5～28 mL，35 mL后，Cu2+的洗脫完全。

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0圖1 不同濃度HNO3淋洗Cd2+的洗脫曲線Fig.1 Elution profile of Cd2+ with different concentration of HNO3

表3 HNO3濃度與Cu2+洗脫率的關(guān)系Table 3 Effect of HNO3 concentration and the elution of Cu2+

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0圖2 不同濃度HNO3淋洗Cu2+的洗脫曲線Fig.2 Elution profile of Cu2+ with different concentration of HNO3

2.3.3 Zn2+的洗脫曲線和洗脫率 按1.2.4節(jié)收集洗脫液后，用ICP-OES測(cè)量Zn2+的洗脫率，并且描繪Zn2+的洗脫曲線，結(jié)果示于表4和圖3。由表4結(jié)果可知，在1.0、3.0 mol/L HNO3淋洗情況下，Zn2+的洗脫率均在100%以上，在5.0 mol/L HNO3淋洗情況下Zn2+洗脫率可達(dá)97%以上，根據(jù)Cd2+、Cu2+的淋洗條件，同樣選取5.0 mol/L HNO3作為Zn2+的淋洗條件。從圖3可以看出，在不同濃度HNO3淋洗情況下，Zn2+的洗脫曲線趨勢(shì)一致， Zn2+的洗脫主要發(fā)生在5～30 mL，35 mL后，Zn2+的洗脫完全。

表4 HNO3濃度與Zn2+洗脫率的關(guān)系Table 4 Effect of HNO3 concentration and the elution of Zn2+

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0圖3 不同濃度HNO3淋洗Zn2+的洗脫曲線Fig.3 Elution profile of Zn2+ with different concentration of HNO3

2.3.4 In3+的解吸曲線和解吸率 按1.2.4節(jié)收集解吸液后，用智能定標(biāo)器進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算放射性111In的解吸率，并且描繪In3+的解吸曲線，結(jié)果示于表5和圖4。由表5結(jié)果可知，在3.0 mol/L HCl解吸情況下，111In的解吸率為96.72%；在7.0 mol/L HCl解吸情況下111In解吸率可達(dá)97.44%；選取3.0 mol/L HCl作為In3+的解吸條件。從圖4可以看出，在不同濃度HCl解吸情況下，In3+的解吸曲線趨勢(shì)一致，In3+的解吸主要發(fā)生在5～10 mL，12 mL后，In3+的洗脫已經(jīng)完成，收集5～10 mL的解吸液作為本工作的目標(biāo)產(chǎn)物。

表5 HCl濃度與In3+解吸率的關(guān)系Table 5 Effect of HCl concentration and the desorption of In3+

c(HCl)，mol/L：■——1.0，●——3.0，▲——5.0，▼——7.0圖4 不同濃度HCl淋洗In3+的解吸曲線Fig.4 Elution profile of In3+ with different concentration of HCl

根據(jù)模擬靶件放化分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定輻照靶件的放射化學(xué)分離步驟如下：P204樹脂柱先用5.0 mol/L的HNO3進(jìn)行酸化，平衡柱床，再將輻照靶件的溶解液上柱，然后將其先用40 mL左右的5.0 mol/L HNO3淋洗過柱，除去大量的Cu2+、Cd2+以及少量的Zn2+再用20 mL左右3.0 mol/L HCl解吸In3+。

2.4 輻照靶件的放化分離結(jié)果

按照1.2.5節(jié)進(jìn)行輻照靶件的放射化學(xué)分離，共進(jìn)行了2次，其結(jié)果列于表6和表7。從表6可知，輻照靶件經(jīng)放射化學(xué)分離后，其放射性活度達(dá)到1.48×109Bq左右，產(chǎn)額可達(dá)25 MBq/(μA·h)以上。表7結(jié)果表明，輻照靶件經(jīng)放射化學(xué)分離后Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Pb4+、Fe3+等雜質(zhì)的總質(zhì)量濃度在8.0 mg/L以下，主要雜質(zhì)為Cu2+、Cd2+和Fe3+，其質(zhì)量濃度也都在3.0 mg/L以下。

表6 熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Radiation experiment data for 111In production on cyclotron-30

表7 分離純化后的雜質(zhì)元素含量Table 7 Content of chemical elements after purification

圖5為輻照后48 h時(shí)(EOB 48 h)解吸液的γ能譜。圖5表明，γ能譜上只有111In(174.88、248.51、559.80 keV)、110Inm(658.67、884.00 keV)、114Inm(725.36 keV)和116Inm(418.52 keV)的能譜峰，其放射性核素純度可達(dá)99.6%以上。表8為輻照后不同時(shí)間解吸液的放射性核素純度變化。從表8可知，即使在輻照后120 h，其解吸液的放射性核素純度仍在99.0%以上。

圖5 輻照后48 h解吸液的γ能譜Fig.5 γ energy spectrum of In3+ elution solution at EOB 48 h

表8 分離后淋洗液放置不同時(shí)間In同位素的放射性核素純度Table 8 Radionuclide purity of 111In products different time after separation

上述結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)方法能完全將In3+與Cu2+、Cd2+、Zn2+等雜質(zhì)分離開來(lái)，即P204樹脂能將In3+與Cu2+、Cd2+、Zn2+等雜質(zhì)分離。分離后111In的放射性核素純度可達(dá)99.0%以上，其Cu2+、Cd2+、Zn2+等雜質(zhì)總質(zhì)量濃度在8.0 mg/L以下。

3 結(jié) 論

本研究根據(jù)四川大學(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所CS-30回旋加速器的性能參數(shù)以及研制成本，選擇了制備111In的合適核反應(yīng)：NatCd(p，xn)111In；開展了輻照靶件放射化學(xué)分離的冷實(shí)驗(yàn)研究，確定了溶靶和Cu2+、Zn2+、Cd2+的分離，以及In3+的解吸等工藝參數(shù)，確定了最佳的洗脫和解吸條件；進(jìn)行了靶件的輻照和熱實(shí)驗(yàn)研究，靶件的輻照采用26 MeV質(zhì)子，束流為25～30 μA，輻照時(shí)間2 h，輻照靶冷卻24 h后用5.0 mol/L HNO3在室溫下溶解，用粒徑大小為75～120 μm的CL-P204樹脂實(shí)現(xiàn)Cu2+、Zn2+、Cd2+與In3+的完全分離。使用本方法得到的111In在EOB 48 h后放射性核素純度大于99.6%，總的化學(xué)雜質(zhì)質(zhì)量濃度小于8.0 mg/L，In3+的解吸率大于96.0%。

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Preparation of111In on CS-30 Cyclotron

LI Shun-tao1, YANG Yuan-you1,*, LIAO Jia-li1, HOU De-yan3, GAO Jin3, TIAN Yuan3, YANG Ji-jun1, TANG Jun1, WEN Yong-an2, LIU Ning1

1.Key Laboratory of Radiation Physics and Technology of Education Ministry of China, Institute of Nuclear Science and Technology, Sichuan University, Chengdu 610064, China; 2.Sichuan Medshine Pharmaceutical Co., Ltd., Chengdu 610041, China;
3.The National Science Rongan (Beijing) Biological Medicine Research Institute, Beijing 100037, China

111In was prepared on the CS-30 cyclotron in Sichuan University via nuclear reactionNatCd(p,xn)111In with natural cadmium target by electro-deposition method. The procedures of dissolution and radiochemical separation of the irradiated cadmium target were investigated. The results indicate that the111In of 25-28 MBq/(μA·h) can be obtained using the proton of 26 MeV bombarded on the natural cadmium target, with radiochemical separation of Cu2+, Cd2+, Zn2+, and In by adopted CL-P204 resin. The radionuclide purity of111In produced by natural Cd is more than 99%. The total chemical impurity of Cu2+, Cd2+, and Zn2+is less than 8.0 mg/L.

111In; CS-30 cyclotron; CL-P204 resin

2014-09-09；

2015-03-31

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21371124)；國(guó)科戎安(北京)生物醫(yī)藥研究院資助項(xiàng)目

李順濤(1988—)，男，四川夾江人，碩士研究生，核技術(shù)與核工程專業(yè)

*通信聯(lián)系人：楊遠(yuǎn)友(1964—)，男，重慶合川人，博士，研究員，核技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)，E-mail: yangyy@scu.edu.cn

TL921.1

A

0253-9950(2015)06-0503-06

10.7538/hhx.2015.37.06.0503