Сублимационная очистка 99Мо методом лазерного сканирования

Кислотное выделение применяется  для металлических и окисных  мишеней. Для него требуется предварительная  механическая обработка мишени, в  частности, отделение материала  мишени от оболочки. Материал мишени растворяется в азотной кислоте, а затем  различными методами из полученного  раствора восстанавливается ⁹⁹Mo с эффективностью 85-90%.

Оба процесса выделения ⁹⁹Mo имеют свои плюсы и минусы и позволяют получать конечный продукт примерно с одной и той же степенью чистоты. В щелочном процессе образуются твёрдые отходы, более удобные для захоронения, но общее количество отходов больше, чем у кислотного.  Кислотный метод быстрее в реализации, что позволяет сократить потери из-за распада ⁹⁹Mo за время выделения [33].

В России промышленное производство ⁹⁹Мо реализуется на ядерных реакторах Физико-энергетического института (уран-графитовый реактор АМ) и филиала Физико-химического института им. Л.Я. Карпова (ВВР-Ц), расположенных в г. Обнинске. Производят облучение порошкообразной смеси 2,3 граммов UO₂ или U₃O₈, обогащенного до 90 % по ²³⁵U и окиси цинка при соотношении 1:5 тепловыми нейтронами с плотностью 3-5·10¹³ нейтрон /(см² · с) в течение пяти суток. На момент окончания облучения получают до 200 Ки ⁹⁹Мо (порядка 1,7 (1,5) Ки ⁹⁹Мо/час) [27].

 

1.10 Применение технеция в ядерной медицине

Дочерний  изотоп ^99mТс, образующийся при распаде ⁹⁹Mo, извлекается на  генераторе и в виде препарата "раствор натрия пертехнетата" доставляется в клиники для проведения радиодиагностических исследований.

На основе этого препарата непосредственно  перед проведением радиодиагностических исследований, готовят радиофармпрепараты (РФП), такие как: "Пирфотекс, ^99mТс "; "Бромезид, ^99mТс "; "Цитратех, ^99mТс " [34].

Радиофармпрепараты  представляют собой вещества, меченные радиоизотопами и приготовленные в  соответствии с правилами для  медицинских препаратов. Попадая  в организм человека, они достигают  конкретного органа (или ткани). Далее  диагностические радиофармпрепараты испускают гамма-кванты и тем самым позволяют с использованием гамма-камер или других детекторов регистрировать изменения, происходящие в данном органе.

Изотоп ^99mTc - считается «рабочей лошадкой» ядерной медицины при проведении диагностики заболеваний. Он особенно удобен для процедур, так как химически накапливается в лигандах и протеинах, которые концентрируются в отдельных органах человеческого тела.

Он имеет  энергию гамма-излучения, удобную для регистрации (140 кэВ), малый период полураспада (порядка 6 часов); у него отсутствует бета- и жесткое гамма-излучения, что уменьшает дозовые нагрузки на персонал изотопных лабораторий и пациентов, причем данный радиоизотоп может использоваться для проведения исследований беременных и новорожденных.

^99mТс применяется примерно в 60-80% исследований.

Главное, чтобы молибден не попадал в радиофармпрепарат, иначе он принесет не пользу, а вред [35].

Радиофармпрепараты с ^99mТс являются наиболее эффективными в функциональной диагностике практически всех органов человека и обнаружении на самых ранних стадиях образования злокачественных опухолей.

Такая ранняя диагностика позволяет осуществить раннее лечение, когда оно наиболее эффективно и возможен благоприятный прогноз, что особенно важно при онкологических, кардиологических и неврологических заболеваниях.

Пертехнетат натрия (^99mТс) используется для внутреннего введения в организм человека при сцинтиграфии мозга и миокарда, щитовидной железы, желудка, слюнных желез и для изучения перфузии легких.

В настоящее  время российские клиники используют два отечественных препарата с ^99mТс для исследования костной системы - это «Пирфотекс» и «Технефор» («Диамед»). Однако накопление этих препаратов в костях - невысокое (около 30-40%) [36].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Экспериментальная  часть

2.1 Постановка  задачи

Основной  акцент работы сделан на сублимационном извлечении (очистке) медицинского радиофармпрепарата ⁹⁹Mo с использованием лазерного сканирования, а также подготовке препарата для проведения процесса сканирования (нанесение на подложку).

На первом этапе проводилось упаривание раствора соли молибдена с применением традиционных нагревателей. Суть экспериментов состояла в нагревании небольших объемов раствора при невысоких температурах. Среднее время проведения одного эксперимента составляло около получаса. Происходило непрерывное испарение раствора соли молибдена в газовую фазу и образование конденсата на различных частях собранной установки.

Общее время  процесса расходовалось на разогрев электроплитки, нагрев реакционной  камеры и ее содержимого, образование  конденсата и отвод его в собирающую емкость.

На втором этапе применяли воздействие газовой горелкина поверхность с нанесённой на неё солью молибдена для описания принципиальной возможности перехода элементов на холодную поверхность холодильника при кратковременном высокотемпературном воздействии.

На третьем  этапе производилось описание и обработка результатов лазерного сканирования.

Технология  основана на способности лазерного  пучка создавать локальные, контролируемые высокотемпературные воздействия на поверхность в течение короткого промежутка времени (нескольких секунд). В течение этого времени возможно провести сублимационное испарение соли молибдена в газовую фазу с одновременным отводом его в приёмную охлаждаемую ёмкость (холодильник). При этом не будет происходить нагрева всего объёма реакционной камеры и, самое главное, будет экономиться до 95 % времени.

Результатом этого воздействия является изменение  химической формы молибдена и  примесей, испарение поверхностных  слоев солей.Общее время очистки молибдена на сублимационной стадии составит от 10 до 30 минут.

2.2 Разработка конструкции и изготовление установки для нанесения соли на подложку

2.2.1 Методика проведения эксперимента

На базе центральной заводской  лаборатории (далее ЦЗЛ) была собрана установка  для нанесения соли молибдена на подложки из металла,включающая устройство из тефлона для нанесения соли на подложку (рисунок 9), электрическую плитку, вакуумную систему и холодильникс ловушкой.

 

Рисунок 9 – Установка  для нанесения соли на подложку

В устройство 1 для нанесения соли молибдена на подложку залили раствор 2 с известным  содержанием примесных  элементов. Раствор упарили до сухой  соли 3 посредством электроплитки 4 с открытой спиралью.

Спираль накрывалась куском листового  асбеста для достижения большей  равномерности обогрева.

Паровая фаза раствора, проходя через  холодильник 5, конденсировалась в колбе 6. Использовался прямой шариковый  холодильник, трубка которого состоит  из шарообразных расширений. Такая  форма трубки увеличивает поверхность  охлаждения и при этом происходит более полная конденсация паров.

В качестве приемника для образующегося  конденсата использовали колбу Бунзена 6. Ее применяют в тех случаях, когда отбор пробы ведут с применением вакуума.

Колба имеет тубус, находящийся  в ее верхней части. Тубус был соединен с ротаметром, фиксирующим расход воздуха [37].

При проведении экспериментов расход воздуха поддерживался на уровне 10 л/мин.

Фильтры в системе фильтрации заменялись перед проведением каждого нового эксперимента. Система фильтрации предназначена для предохранения ротаметра от выхода из строя за счет попадания влаги.

Конденсат со стенок устройства 1, а так же с поверхностей всех подводящих газоходов от холодильника 5 до вакуумной линии 8 анализировался на содержание молибдена.

На рисунке 10 показано устройство для нанесения соли  на подложку. Подложка 2 герметизируется в устройстве 1 за счет гайки 3.

Рисунок 10 –  Устройство для нанесения соли на подложку

 

2.2.2 Выбор материала устройства для нанесения соли молибдена на подложку

Политетрафторэтилен, тефлон или фторопласт-4 – пластмасса, обладающая редкими физическими  и химическими свойствами. Так, например этот материал обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от минус 70 до плюс 270 ⁰С.

 

 

 

Основное  свойство тефлона, которое наиболее привлекает нас – его очень низкое поверхностное натяжение и адгезия. Тефлон не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических и неорганических растворителей. Поэтому возможно упарить большие объёмы раствора, содержащего микроколичества молибдена до сухих солей на ограниченной (требуемой) поверхности.

По своей химической стойкости  тефлон превышает все известные  синтетические материалы и благородные  металлы. Тефлон не разрушается под  влиянием щелочей, кислот и даже смеси  азотной и соляной кислот. Тефлон обладает высокой радиационной стойкостью.

Таким образом, установка из тефлона  для нанесения соли молибдена  на ограниченную поверхность была разработанас учётом существующей технологии очистки препарата ⁹⁹Mo.

2.3Испытания на способность раствора равномерно испаряться и высаживаться в виде соли на ограниченной поверхности

Для проведения эксперимента было использовано 0,25 мл исходного раствора. Концентрация примесных элементов в исходном растворе приведена в таблице 2.

Таблица 2 – Содержание примесных  элементов в исходном растворе

№	Элемент	С, мг/л	№	Элемент	С, мг/л
1	Mo	6	8	Cu	11
2	Al	28240	9	Cr	12
3	U	1220	10	Ni	15
4	Fe	40	11	Ce	10
5	I	3	12	Mn	10
6	Zr	12	13	Hg	11200
7	Pb	8

 

Раствор довели до метки дистиллированной водой, перелили в колбу с притертой пробкой, перемешали.

Концентрация примесных элементов  в приготовленном растворе указана  в таблице 3.

 

Таблица 3 – Содержание примесных  элементов в приготовленном растворе

№	Элемент	С, мг/л		Элемент	С, мг/л
1	Mo	0,015	8	Cu	0,0275
2	Al	70,6	9	Cr	0,03
3	U	3,1	10	Ni	0,0375
4	Fe	0,1	11	Ce	0,025
5	I	0,0075	12	Mn	0,025
6	Zr	0,03	13	Hg	28
7	Pb	0,02

Из приготовленного раствора в отдельную пробирку отобрали 10 мл – получили исходный раствор.

С оставшимся растворомпровели эксперименты. В четырех экспериментах в тефлоновый реактор залили 20 мл приготовленного раствора, в одном эксперименте – 10 мл. Все растворы ставили на упаривание.

Масса исходной соли, взятой для упаривания, приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Масса исходной соли, взятой для упаривания

V, мл	Масса, мкг
	Mo	Al	U	Fe	I	Zr	Pb	Cu	Cr	Ni	Ce	Mn	Hg
20	0,3	1410	62	2	0,15	0,6	0,4	0,55	0,6	0,75	0,5	0,5	560
10	0,15	705	31	1	0,075	0,3	0,2	0,275	0,3	0,375	0,25	0,25	280

После выкипания раствора, подложку вынимали из установки и смывали соль дистиллированной водой.

Области смыва (далее источник):

1 воронка-холодильник-колба (далее  холодильник)

2 стенки реактора (далее реактор)

3 подложка

Измерили объем каждого смыва, отобрали в пробирки по 10 мл, отдали на анализ.

Результаты по упариваниюприведеныв таблице 6.

В пробах, отданных на анализ, определяли состав и измеряли массовые концентрации элементов ICPмасс-спектрометром AGILENT 7500cxметодом прямого измерения масс-спектров.

Отбор пробы производился насосом  в распылительную камеру. Аэрозоль пробы переносился в центральную  зону аргоновой  плазмы, где происходит диссоциация частиц пробы и ионизация  элементов.

Далее с помощью отбирающих конусов  и ионной оптики происходит формирование ионного пучка и трансляция его в область квадруполя [38].

Квадруполь (анализатор) селективно пропускает ионы в зависимости от их массы. Ионы разделяются по удельным зарядам в соответствии с отношением m/z, где m–масса иона, а z–его заряд.