核醫(yī)學(xué)示蹤劑原料氧-18水高純度回收工藝的研究.pdf

1、[研究背景及研究目的] 近年來，隨著PET/CT顯像和正電子藥物的臨床應(yīng)用，當(dāng)代最先進(jìn)的分子與功能顯像技術(shù)-PET、(正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像技術(shù))得到了快速推廣和發(fā)展。由于氟-18(<'18>F)放射性同位素的特性等原因，PET顯像所用的正電子藥物的90％以上用氟-18核素標(biāo)記的，其中以氟代脫氧葡萄糖--<'18>F—FDG應(yīng)用最廣。氟-18標(biāo)記的正電子藥物大多采用親核氟代法合成，其<'18>F核素多通過回旋加速器轟擊氧-

2、18(H<,2><'18>O)水得到(核反應(yīng)式：<'18>O[p，n]<'18>F)。<'18>F標(biāo)記的正電子示蹤劑的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了氧-18水用量大增，成為正電子藥物合成中最重要的原料之一。 氧-18水由氫與氧-18同位素結(jié)合的產(chǎn)物，也稱重氧(<'18>O)水，分子式為：H<,2><'18>O。一方面，由于氧-18水生產(chǎn)制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量有限，價(jià)格昂貴，部分造成診斷費(fèi)用較高，制約了核醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用；另一方面

3、氟-18放射性同位素衰變后會(huì)變?yōu)檠?18，同時(shí)在利用氧-18水制備氟-18和氟-18標(biāo)記藥物過程中，氧-18水的利用率很低，會(huì)產(chǎn)生一定量的低豐度的氧-18水的廢液，浪費(fèi)很大。如何利用這些廢液，降低氧-18水的成本，對(duì)降低PET診斷費(fèi)用，具有非常重要的意義。 目前，氧-18水的研究主要停留在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)上，主要涉及工業(yè)大規(guī)模的生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，生產(chǎn)效率的提高，生產(chǎn)成本的降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高等方面，對(duì)于醫(yī)院、PET 診斷中心的核醫(yī)學(xué)

4、示蹤劑原料氧-18水廢液的高純度回收工藝的研究很少涉及。 本實(shí)驗(yàn)以多家PET 中心的氧-18水廢液進(jìn)行高純度回收工藝的研究，確定高純度回收工藝包括兩大步驟：氧-18水廢液的雜質(zhì)去除和凈化后的氧-18水的富集。通過對(duì)提純、富集濃縮工藝的實(shí)驗(yàn)研究，選定適宜的氧-18水廢液的回收工藝，深入研究氧-18同位素的富集操作，為對(duì)其再利用提供一定的研究基礎(chǔ)。 [研究方法] 1．氧-18水廢液的雜質(zhì)去除利用國(guó)內(nèi)PET 中心

5、收集的氧-18水廢液2.25千克和低豐度氧-18水8.25千克來配制實(shí)驗(yàn)所需的氧-18水廢液合計(jì)10.5千克，氧-18同位素含量為<'18>O≈35.04atom％。 建立小型的氧-18水廢液的純化處理裝置，主要從盡量避免氧-18豐度的降低，減少氧-18水的損耗角度考慮，分別串接棉芯過濾、活性炭吸附、紫外氧化、反滲透、離子交換、簡(jiǎn)單蒸發(fā)等六種處理工藝。將實(shí)驗(yàn)物料均分為21份，每份500克。利用計(jì)量泵分別單獨(dú)通過上述處理工藝，物

6、料循環(huán)5次，每種處理工藝3份，分別測(cè)定經(jīng)過不同的處理工藝在不同循環(huán)處理次數(shù)下得到的物料樣品的電導(dǎo)率、總有機(jī)碳含量、氧-18豐度等參數(shù)值以及物料損耗值，并應(yīng)用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，確定較優(yōu)化的提純工藝流程。 2．凈化后的氧-18水的富集利用PRO Ⅱ流程模擬軟件進(jìn)行H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>多元汽液平衡及熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)和氧-18富集精餾過程的模擬計(jì)算方法的開發(fā)，進(jìn)行

7、氧-18水的富集實(shí)驗(yàn)過程的模擬，選定適宜的富集操作流程。 選取經(jīng)過第一階段的氧-18廢水提純工藝研究后得到的經(jīng)純化處理的<'18>O≈30.0atom％的氧-18水7382克作為本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象。 選用裝填有高比表面積的狄克松(Dixon)填料(簡(jiǎn)稱θ環(huán))精餾塔，搭建了恒壓串聯(lián)雙塔氧-18水的富集實(shí)驗(yàn)裝置。分別進(jìn)行了雙塔的全回流、串聯(lián)，及部分回流等操作，測(cè)定氧-18同位素豐度，以確定其工藝流程及參數(shù)。 [結(jié)

8、果] 在氧-18水廢液的雜質(zhì)去除研究中，反滲透、離子交換是較為有特色和有效的水凈化處理工藝，但是反滲透工藝的物料損耗較大，離子交換工藝的氧-18豐度下降較多，在氧-18水廢液的處理過程中是不可選用的。而活性炭吸附、棉芯過濾等盡管其初期有較大的物料損耗，但其在后續(xù)處理?xiàng)l件中物料損耗較少，紫外氧化、簡(jiǎn)單蒸發(fā)基本上不存在物料的損耗。同時(shí)，這幾種處理工藝對(duì)于氧一18同位素豐度的影響也較小。因此，適宜的氧-18水廢液的純化處理工藝為通過

9、紫外氧化、簡(jiǎn)單蒸發(fā)，或者棉芯過濾、活性炭吸附、紫外氧化、簡(jiǎn)單蒸發(fā)過程。經(jīng)過選用棉芯過濾、活性炭吸附、紫外氧化、簡(jiǎn)單蒸發(fā)的處理過程所進(jìn)行的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，處理物料1500克，得到電導(dǎo)率<3.0μs/cm、總有機(jī)碳(TOC)<0.5mg/L、氧-18豐度為32.44atom％的物料1341克，物料損耗量為10.6％，氧18豐度為下降2.56％，該處理工藝過程基本滿足氧-18水廢液處理的凈化指標(biāo)要求。 建立了H<,2>O<'16>-H<

10、,2>O<'17>-H<,2>O<'18>汽液平衡數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)算法，利用PRO Ⅱ流程模擬軟件對(duì)一套成熟的氧-18水分離裝置進(jìn)行工業(yè)模擬計(jì)算，所得模擬結(jié)果與工業(yè)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證該H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>汽液平衡數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)算法可以用于氧-18水的富集過程的預(yù)測(cè)和計(jì)算，能夠?yàn)楦呒兌妊?18水的分離富集提供可靠的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。 由于氧-18水廢液通常處理量較少，適宜采用間歇精餾過程等

11、物理方法進(jìn)行，通過上述建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模擬，要得到可被核醫(yī)學(xué)再次利用的氧-18水(<'18>O豐度，>95atom％)，需要的理論板數(shù)高達(dá)200塊以上，采用常規(guī)的單塔間歇精餾是不可行的。 本研究中所采用的是恒壓串聯(lián)雙塔氧-18水的富集裝置，其特點(diǎn)為兩塔均為采用高效率的狄克松(Dixon)填料(簡(jiǎn)稱θ環(huán))裝填的精餾塔，通過等壓串聯(lián)連接，可實(shí)現(xiàn)雙塔間歇精餾過程。在進(jìn)行兩塔獨(dú)立全回流條件中，由于單塔不能夠提供足夠的理論板，氧-18濃

12、度由30.0atom％僅能富集到60.0～63.5atom％，而當(dāng)兩塔串聯(lián)運(yùn)行后，全回流條件下，能取得98atom％氧-18樣品。在本實(shí)驗(yàn)裝置條件下，進(jìn)行產(chǎn)品采出實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧-18產(chǎn)品的采出量要大于1.0g/h，將很難得到合格產(chǎn)品，而在采出0.5g/h能得到氧-18豐度>95atom％的可用產(chǎn)品。 [結(jié)論]氧-18水廢液的高純度回收工藝包括兩大步驟：氧-18水廢液的雜質(zhì)成分的去除和凈化處理后的氧-18水的富集。

13、 適宜的氧-18水廢的凈化處理工藝為氧-18水廢液依次通過棉芯過濾、活性炭吸附、紫外氧化、簡(jiǎn)單蒸發(fā)處理過程，能基本滿足氧-18水廢液處理的凈化指標(biāo)要求。 本文建立的H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>多元汽液平衡及熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)和氧-18富集精餾過程的模擬計(jì)算方法能夠?yàn)檫M(jìn)行氧-18水的分離富集過程提供可靠的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。 據(jù)此搭建的恒壓串聯(lián)雙塔間歇精餾裝置，通過在不同操作狀態(tài)下