Jelzett vegyületek elválasztás-technikája

2013.09.19.

A radiokémia területén fellépı alapvetı elválasztáselválasztás-technikai problémák Jelzett vegyületek elválasztás-technikája Elıadó: Dr. Jószai István

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Nukleáris Medicina Intézet

1

2013.09.19.

Az elıadás vázlata Elméleti áttekintés (radioaktivitás) Izotópok elıállítása Jelzett vegyületek szintézise Tisztítás és minıségellenırzés

2

2

2013.09.19.

Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak Izotóp. Az ugyanannyi (Z számú) protont tartalmazó atommagok (egy kémiai elem atommagjai) különbözı (N) számú neutront tartalmazhatnak. Ezek az elem különbözı izotópjai. Jelölés: A vegyjel elé felsı indexbe írt tömegszámmal (A=Z+N). Pl. a szén (Z=6) környezetben elıforduló izotópjai: 12C, 13C, 14C. Radioaktivitás. Egyes izotópok atommagjai maguktól sugárzást bocsátanak ki, közben összetételük vagy szerkezetük megváltozik. Pl. 14C → 14N, közben egy elektron és egy antineutrínó távozik. Egy objektumból több keletkezik → radioaktív bomlás történik. Sugárzás. Térben rendezetten, igen nagy sebességgel mozgó, nagyon apró részecskék összessége.

3

3

2013.09.19.

Radioaktivitás - definíció

A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. Nagy energiájú ionizáló sugárzást kelt.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitás

4

4

2013.09.19.

Radioaktivitás - Becquerel

A radioaktivitást 1896-ban Henri Becquerel francia tudós fedezte fel uránsók tanulmányozása során, amiért 1903-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat.

Az uránsó hatására elfeketedett fotopapír http://hu.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitás

Henry Becquerel 5

5

2013.09.19.

Radioaktivitás – Curie házaspár

A jelenséget 1898-ban Marie Curie nevezte el radioaktivitásnak. Pierre és Marie Curie új, sugárzó elemek után kutatva fedezték fel, hogy a tórium is sugároz. Az uránércbıl kivontak még két erısebben sugárzó elemet, a polóniumot és a rádiumot. Nyolc tonna uránércbıl 0,1 gramm rádiumot nyertek ki.


6

6

2013.09.19.

Radioaktivitás – Rutherford és Villard A Curie házaspár és Ernest Rutherford kísérletei a radioaktív sugárzásnak két összetevıjét mutatta ki: alfa-sugárzás, és a béta-sugárzás. 1900-ban fedezte fel Paul Ulrich Villard a gamma-sugárzást.

Ernst Rutherford http://hu.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitás

Paul Ulrich Villard 7

7

2013.09.19.

Radioaktív sugárzás (bomlás) típusai Három fontosabb fajtája van. Egyre nagyobb áthatolóképességgel: Alfa-bomlás során az atommagból egy hélium atommag (erısen kötött 2 proton és 2 neutron) válik ki. Erısen ionizáló, viszont a hatótávolsága levegıben 1 cm alatti. Béta-bomlás során az atommagban neutronból lesz proton, elektron kibocsátása közben. Így a béta-sugárzás valójában elektronsugárzás. Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegıben pár tíz cm. Gamma-bomlás során energia távozik nagy energiájú fotonként. Az elıbbiek kísérıjelensége szokott lenni. Hatótávolsága légüres térben praktikusan végtelen, a nagy tömegszámú elemek (általában ólom) gyengítik hatékonyan.


8

8

2013.09.19.

Radioaktív sugárzás (bomlás) példái atomtömeg

Atomszám, protonszám

David Harvey: Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, 2000.

9

9

2013.09.19.

Radioaktív sugárzás (bomlás) Magsugárzás. Atommag radioaktív bomlásában keletkezett sugárzás. Különbözik az atomhéj sugárzásaitól (fény-, hő-, röntgen-), és a kevéssé ismert eredetű kozmikus sugárzástól. Ionizáló sugárzás. Képes az útjába eső atomokból elektronokat kilökni (ionizálni). Ehhez nagy energia szükséges. A magsugárzások ionizálók (vannak más ilyenek is: röntgen, kozmikus). Radioaktivitás fajtája

Kilépő részecske (sugárzás)

α-bomlás (Z kettővel, A néggyel csökken.)

1 4He atommag (α-sugárzás)

β-bomlás (Z eggyel nő vagy csökken, A nem változik.)

a) 1 elektron + 1 antineutrínó (β–-sugárzás) b) 1 pozitron + 1 neutrínó (β+-sugárzás) c) 1 neutrínó (–)

γ-bomlás (Z és A nem változik, belső szerkezeti energia csökken.)

1 γ-kvantum (γ-sugárzás)

Maghasadás (A mag két nagy részre hasad)

2 hasadvány-mag + néhány neutron (–)

10

10

2013.09.19.

Radioaktív sugárzás (bomlás) módjai


11

11

2013.09.19.

Aktivitás Egy adott radioaktív forrás aktivitása megmondja, hogy hány bomlás történik másodpercenként. Mértékegysége a Bq (Henri Becquerel tiszteletére), 1 Bq másodpercenként egy bomlásnak felel meg. Régebbi mértékegység a Ci (Curie), 1 Ci egy gramm rádium aktivitásának felel meg (3,7・1010 Bq). A radioaktív bomlás teljesen véletlen jelenség, egy adott atommagról nem lehet megállapítani, hogy mikor fog elbomlani, viszont az elbomlásának időbeni valószínűsége állandó. Egy forrásban a bomlások száma tehát aranyos a radioaktív magok számával, amit a következőképp írhatunk fel:

A radioaktív magok száma exponenciálisan csökken. A λ a bomlásállandó: megadja, hogy mekkora valószínűséggel bomlik el egy atommag egy másodperc alatt. Többet használjak viszont a t1/2 felezési időt: ez megadja, hogy mennyi idő alatt bomlik el az összes radioaktív mag fele. A bomlásállandóból a következőképp lehet kifejezni:

David Harvey: Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, 2000.

12

12

2013.09.19.

Bomlási sorok

A radioaktív bomlás során egy kémiai elembıl (anyaelembıl) egy új elem (leányelem) jön létre. Elıfordulhat, hogy ez utóbbi is radioaktív, így újabb bomlás történik. Ez a folyamat addig tart, amíg egy stabil elemhez nem érünk. Ezt nevezik bomlási sornak. A radioaktív bomlás során a tömegszám vagy néggyel csökken (az alfa-bomlás esetében), vagy nem változik (a béta-bomlás és gamma-bomlás esetében). Ezért négy bomlási sor létezik attól függıen, hogy a tömegszám négyes osztású maradéka 0, 1, 2 vagy 3. Ebbıl a négy bomlási sorból csak az a 3 maradt meg, amelyeknél a leghosszabb felezési idejő izotóp felezési ideje nagyságrendileg összemérhetı a Föld életkorával (U-238, U-235 és a Th-232). A negyedik (neptúnium) anyaelemének bomlási ideje kétmillió év, így ez ma már csak mesterséges eredetbıl található meg a Földön. 238U-család, (zárójelben a felezési idık): 238U (4,468109 év), 234Th (24,1 nap), 234Pa (6,70 óra), 234U (245 500 év), 230Th (75 380 év), 226Ra (1602 év), 222Rn (3,8235 nap), 218Po (3,10 perc), 214Pb (26,8 perc) és 218At (1,5 s), 214Bi (19,9 perc) illetve 218Rn (35 ms), 214Po (164,3 µs) és 210Tl (1,30 perc), 210Pb (22,3 év), 210Bi (5,013 nap), 210Po (138,376 nap) és 206Tl (4,199 perc), 206Pb (stabil).

235U-család, (zárójelben a felezési idık): 235U (7,04108 év), 231Th (25,52 óra), 231Pa (32 760 év), 227Ac (21,772 év), 227Th (18,68 nap), 223Fr (22,00 perc), 223Ra (11,43 nap), 219Rn (3,96 s), 215Po (1,781 ms), 211Pb (36,1 perc) és 215At (0,1 ms), 211Bi (2,14 perc), 207Tl (4,77 perc) és 211Po (516 ms), 207Pb (stabil)

232Th-család, (zárójelben a felezési idık): 232Th (1,4051010 év, 228Ra (5,75 év), 228Ac (6,25 s), 216Po (0,145 s), 212Pb (10,64 óra), 212Bi (60,55

237Np-család, (zárójelben a felezési idık): 237Np (2,14106 év), 233U (1,592105 év), 229Th (7,34104 év), 225Ra (14,9 nap), 225Ac (10,0 nap), 221Fr (4,8 perc), 217At (32 ms), 213Bi (46,5 perc), 209Tl (2,2 perc), 209Pb (3,25 óra), 209Bi (1,91019 év), 205Tl (stabil)


óra), 228Th (1,9116 év), 224Ra (3,6319 nap), 220Rn (55,6 perc), 212Po (299 ns) és 208Tl (3,053 perc), 208Pb (stabil)

13

13

2013.09.19.

A 232Th bomlási sora

14

14

2013.09.19.

Radioaktív atommagok elıfordulása

elsıdleges természetes radionuklidok (1) ◦ olyan természetes radioaktív magok, amelyek megtalálhatóak a Naprendszer keletkezése óta ◦ felezési idejük nagyon hosszú ◦ 26 ilyen mag ismert. Például: 238U ( T=4,47109 év ), 40K ( T=1,28109 év ), 87Rb ( T=4,81010 év )

másodlagos természetes radionuklidok (2) ◦ Olyan magok, amelyek (1) bomlása révén keletkeznek ◦ Felezési idejük nagyon rövid, a Naprendszer keletkezése óta nem találhatóak meg ◦ 38 ilyen mag ismert. Például: 226Ra (T=1600 év), 234Th (T=24,1 nap)

Indukált természetes radionuklidok (3) ◦ állandóan keletkeznek a kozmikus sugárzás hatására ◦ 10 ilyen mag ismert. Például: 3H (T=12,3 év), 14C (T=5730 év)

mesterséges radionuklidok (4) ◦ emberi tevékenység során keletkeztek, a természetben nincsenek számottevıen jelen ◦ 2000 ilyen mag ismert 60Co, 137Cs, 24Na


15

15

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása Maghasadással Atomreaktorokban, valamint atom- és hidrogénbombák felrobbantásával a 235U és a 239Pu hasadásából. A 239Pu is mesterséges eredető, atomreaktorban keletkezik 238U-ból. A radioaktív hasadási termékek a technológiai folyamat káros velejárói (kb. 300 izotóp). Részecske-besugárzás által elıidézett magreakciókkal Atomreaktor mőködésekor, és atomfegyver felrobbanásakor sok neutron keletkezik. Ezek magreakciókat idéznek elı a közeli atommagokon, radioaktív izotópokat termelve (nem szándékos). Részecskegyorsítókban felgyorsított részecskékkel, vagy reaktorokban keletkezett neutronokkal idéznek elı szándékosan magreakciókat izotóptermelés céljából. 16

16

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása 1896 Becquerel

Természetes radioaktivitás

1930 Lawrence

Ciklotron

1934 F.Joliot-Curie és Irene Curie

Mesterséges radioizotópok

1942 Fermi

Nukleáris reaktor Reaktorban termelt izotópok Izotóp generátor 17

17

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása ciklotronnal A ciklotron olyan részecskegyorsító, amelyben töltött részecskék (például protonok, ionok) mágneses tér hatására spirális pályán haladnak belülrıl kifelé. Minden egyes körbefordulás során a váltóáram elektromos tere kétszer gyorsít a részecskén, egyre nagyobb sugarú körpályára juttatva azt. A ciklotron elvét Gaál Sándor magyar fizikus alkotta meg, 1929-es leírása azonban szerencsétlen véletlen folytán publikálatlan maradt és ezért a magyar (és a román) szakirodalmon kívül a világban – helytelenül – Ernest Lawrence-nek tulajdonítják az elsıséget. Magát az elsı ciklotront Lawrence és hallgatója Stanley Livingston fejlesztették ki 1930 és 1932 között. Egy elektromágnes pólusai között lapos kerek vákuumkamra található. A vákuumkamrában található két D alakú rész (dék) két üreges fémbıl van, amelyen belül a töltött részecskék mozognak. Az ionforrásból jön ki a részecske, amely a mágneses tér miatt körpályán mozog. Olyan frekvenciával változtatják az elektromos teret a két D között, hogy a részecskét mindig gyorsítsa, amikor áthalad rajta.Végül egy megfelelı töltéső lemez segítségével a részecskét kihúzzák a gyorsítóból további felhasználásra.

max. végenergia: 20 MeV (proton) 40 MeV (deuteron), nyalábáram: 500 µA, max átmérő / mágnes tömeg: 2m / 300 t

18

18

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása ciklotronnal – 18F

19

19

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása reaktroban – 99mTc A technéciumot nem közvetlenül állítják elı például, hanem a 235U urán reaktorban történı hasításával 99Mo molibdénhez jutnak, ami 99mTc technéciummá bomlik: 235U(n,f)99Zr

→ 99Nb → 99Mo → 99mTc

A 99-es tömegszámú molibdén fizikai felezési ideje 66 óra, míg a gamma-sugárzó 99es metastabilis technéciumé 6 óra. Ezt a fizikai adottságot kihasználva a molibdént alumínium-oxid oszlopon megkötik, és ebben a formában szállítják a kórházakba (Mo/ Tc-generátor), ahol naponta végzik a technécium elválasztását, oszlopról történı eluálását (mosással végrehajtott izolálását). Ahhoz, hogy a készítménybe semmiképpen se jusson 10-2 %-nál nagyobb molibdénaktivitás, az elválasztásnak rendkívül nagy hatásfokúnak kell lennie. Ez úgy érhetı el, hogy az uránhasadványból kinyert molibdát-oldathoz sav adagolásával pH~3 értéket állítanak be. Ekkor a molibdát anionból oligomerek képzıdnek, melyek lényegesen erısebben kötıdnek az alumium-oxid oszloptöltethez: 7 99MoO42– + 8 H+ = 99Mo7O246– + 4 H2O A molibdén béta-bomlásából folyamatosan keletkezı technéciumot pertechnetátanion formájában, fiziológiás sóoldattal naponta végrehajtott elúcióban választják el: 99Mo

7O24

6– → [99Mo 99mTcO 6– ] 6 24

Környei – Mikecz • Radiokémia a gyógyítás szolgálatában, Magyar tudomány, 2012/2

→ 99mTcO4– 20

20

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok felhasználási területei Energiatermelés – nukleáris erőművek, atomreaktorok Sugárforrások – mezőgazdaság (sugártartósítás), ipar (anyagvizsgálatok Ir-192, sterilezés Co-60) gyógyászat (röntgen felvétel) Jelzett vegyületek – Gyógyászat (nukleáris medicina, radiológia), tudomány (pl. reakciómechanizmusok felderítése)

21

21

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok felhasználási területei - Egészségügy

ORSZÁGOS ATOMENERGIA HIVATAL: HAZAI NEM ENERGETIKAI CÉLÚ ALKALMAZÁSOK

22

22

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok felhasználási területei - Egészségügy


23

23

2013.09.19.

Mesterséges radioaktív izotópok elıállítása Magyarországon


24

24

2013.09.19.

Radioaktív nyomjelzés Izotópos nyomjelzés: valamely molekula egy vagy több atomját lecserélik az adott elem meghatározott tulajdonságú izotópjára. Az izotóp helye és szerepe a kémiai biológiai folyamatokban nyomon követhető: IR, NMR, MS/orvosbiológiában MRI, PET, SPECT, gamma kamera stb.

25

25

2013.09.19.

Hevessy György – a radioaktív nyomjelzés atyja Hevesy György az atomtudomány legnagyobbjai közé tartozik. A radioaktív izotópos nyomjelzés módszerének feltalálásáért kémiai Nobel-díjjal tüntették ki 1943-ban. Budapesten született 1885. augusztus 1-jén. A budapesti Piarista Gimnáziumban tanult. Egyetemi tanulmányait a budapesti, berlini és freiburgi egyetemeken végezte. Pályafutását a zürichi egyetem tanársegédeként kezdte, Richard Lorenz mellett, majd a karlsruhei mőegyetemen Haber, Manchesterben Rutherford és Londonban Moseley mellett dolgozott. Ezután a budapesti egyetemen mőködött magántanárként. 1920-ban a koppenhágai egyetemre ment, ahol Niels Bohr intézetében dolgozott. 1926-ban a freiburgi egyetem kémia professzorának hívták meg. A nácizmus elıl megint Koppenhágába, majd annak német megszállása után Svédországba költözött és a stockholmi egyetemen dolgozott. 1966. július 5-én halt meg kedvenc városában, Freiburgban. A családja kívánságára 2001. április 19-én szülıvárosában, Budapesten ünnepélyes keretek között helyezték hamvait örök nyugalomra.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Hevesy_György

26

26

2013.09.19.

Hevessy György – a radioaktív nyomjelzés atyja Hozzájárult az izotópok fogalmának tisztázásához, úttörıje volt az izotópok alkalmazásának a biológiai, metallurgiai és botanikai kutatásában. Felfedezte, hogy a szamárium radioaktív alfa-sugarakat bocsát ki magából. Az analitikai kémia számára feltalálta a röntgenfluoreszcenciás (1932), az izotóphígításos (1931) és a neutronaktivációs (1934) analitikai módszereket. Felfedezte a periódusos rendszer egyik utolsó ismeretlen elemét, a hafniumot (1923). A radioaktív izotópok alkalmazásával vizsgálta a növények és állatok anyagcsere-folyamatait. A módszer lényege, hogy apró mennyiségben hozzákeverik a radioaktív izotópot a vele kémiailag azonosan viselkedı elemhez, amely bármely szervezetbe juttatva sugárzással jelzi a megtett útvonalat. A mai orvostudomány rengeteget köszönhet Hevesynek. Az általa kidolgozott módszereket mind a mai napig rutineljárásként alkalmazzák a klinikákon, így ıt tekinthetjük a nukleáris orvostudomány (nukleáris medicina) megalapozójának.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Hevesy_György

27

27

2013.09.19.

Izotópos nyomjelzés

http://en.wikipedia.org/wiki/Isotopic_labeling

28

28

2013.09.19.



29

29

2013.09.19.


Stable isotope labeling involves the use of non-radioactive isotopes that can act as a tracers used to model several chemical and biochemical systems. The chosen isotope can act as a label on that compound that can be identified through nuclear magnetic resonance(NMR) and mass spectrometry(MS). Some of the most common stable isotopes are 2H, 13C, and 15N, which can further be produced into NMR solvents, amino acids, nucleic acids, lipids, common metabolites and cell growth media. The compounds produced using stable isotopes are either specified by the percentage of labeled isotopes (i.e. 30% uniformly labeled 13C glucose contains a mixture that is 30% labeled with 13 carbon isotope and 70% naturally labeled carbon) or by the specifically labeled carbon positions on the compound (i.e. 1-13C glucose which is labeled at the first carbon position of glucose).


30

30

2013.09.19.

Radioizotópos nyomjelzés


31

31

2013.09.19.

Leggyakrabban használt izotópok nyomjelzésre

http://www.radiolabeling.org

32

32

2013.09.19.

Jelzési eljárások célja Purpose of Radiolabeling Isotopic labeling is used to monitor the fate of a molecule or a fragment thereof through the use of detection methods that specifically distinguish the isotope used against a natural abundance background. There are many applications for the specific labeling of molecules with radioactive or stable isotopes. The technique can be used to prepare substrates for the study of reaction mechanism, in either an artificial or a biological medium. It can also be used to trace the movement of a molecule, or its degradation or metabolic product, in vivo, in vitro, or in the environment. In the medical field, a variety of imaging techniques have been developed that rely on materials labeled with radioactive isotopes. The use of radiolabeled compounds is also of critical importance in the drug development process for use as radioligands in lead discovery, as metabolic tracers in development, and in phase IV clinical studies.3) They play a similar role in the compound development process for crop protection chemicals, being used in metabolic investigations and environmental fate studies.


33

33

2013.09.19.

Nómenklatúra Nomenclature of Radiolabels The standard way to indicate a labeled compound is to prefix the name of the compound with the isotope designation in square brackets. For example, deuterium oxide (D2O) would be [2H]H2O by this convention. The trivial labels D for deuterium and T for tritium are still used quite commonly, though. In many cases, the yield for the step in which the radiolabel is introduced is described in terms of the “radiochemical yield” (RY): The yield of a radiochemical separation expressed as a fraction of the activity originally present [IUPAC]. Essentially, this means that the radiolabeling agent is the limiting reagent in the reaction. Some preparations of radiolabeling agents or final radiolabeled compounds are characterized as “no carrier added” (NCA or n.c.a.); this means a preparation of a radioactive isotope which is essentially free from stable isotopes of the element in question [IUPAC]. Some researchers present a radiochemical yield that is qualified by the expression “c.f.d.”, which means “corrected for decay”. This means that the expected decay over the synthesis cycle is factored into the yield to give a more optimistic representation. Compounds labeled with non-radioactive isotopes are referred to as SIL (stable isotopelabeled) compounds.


34

34

2013.09.19.

Deuterálás//Tríciálás Deuterálás NIS = N-iodosuccinimide

[3H3](S)-mephenytoin

D2 – gázpalack T2 – UT3 termikus bomlásának terméke


35

35

2013.09.19.

Szén izotópok( izotópok(11C, 13C, 14C)

L-[metil-11C]metionin


36

36

2013.09.19.

Szén izotópok( izotópok(11C, 13C, 14C)

Suzuki-csatolás http://www.radiolabeling.org

37

37

2013.09.19.

13N, 32P

dibenzyl-[32P]phosphonate


38

38

2013.09.19.

15O, 33 33--36S [15O]O2 és [15O]H2O inhalációs vizsgálatok során használják [15O]Butanol PET Centrum, Debrecen

[34S]dibenzothiophene http://www.radiolabeling.org

39

39

2013.09.19.

18F, 123I, 125I, 131I [18F]FDG Közép-Kelet Európában elsıként gyártották Debrecenben 1994-tıl PET Centrum, Debreceni Egyetem

[18F]fluoro-L-DOPA


40

40

2013.09.19.

A radiokémia jellegzetességei A szerves, szervetlen, analitikai, fizikai kémiai ismeretanyagra épül, ugyanakkor a radioaktivitásból fakadóan több jellegzetessége van: •Radioaktív sugárzás: sugárvédelem •Kis anyagmennyiség: Például: aktivitás 1uCi, Atomtömeg=100, t1/2= 3 nap

41

41

2013.09.19.

A radiokémia jellegzetességei Az U(IV) és U(VI) közötti izotópcsere 2 óra alatt lezajlik 10‐2M tartományban. 10‐10M tartományban ez az érték 400 nap. A radioaktív anyag adszorpciója a reakcióedények falán. Egy üvegeszköz ioncserélő kapacitása 10‐10 mol/cm2 a kemoszorpcióra alkalmas helyeken felül. 100ml űrtartalmú üvegedény ~10‐8 mol mennyiséget adszorbeálhat, ami a ≤10-6M tartományban nagy jelentőséggel bír. Erős oxidáló- és redukálószerek keletkeznek. 239Pu 100Bq/mL (10‐7mol/L) teljes redukálása 1 év alatt bekövetkezik.

42

42

2013.09.19.

A radiokémia terén fellépı alapvetı elválasztáselválasztástechnikai problémák A hagyományos elválasztás-technikai megoldások jönnek szóba tekintettel a radioaktivitásból fakadó jellegzetességekre: •Radiokémiai tisztaság fontosabb, mint a kémiai. •Kis felezésű idejű izotópoknál fontosabb az idő tényező, mint a tisztaság, vagy a hozam. •Figyelni kell a radioaktív hulladékok keletkezésére is, ami minimális melléktermék képződéssel járó eljárásokat igényel. •Sok esetben elég a radionuklidos tisztaság egy meghatározott szintjét elérni, nem feltétlenül fontos nagy radionuklidos tisztaság (Gedetektorok)

43

43

2013.09.19.

A radiokémia terén fellépı alapvetı elválasztáselválasztástechnikai problémák •Elválasztás •Minőség-ellenőrzés Radioaktív anyagok elválasztása: •Csapadékképződés •Oldószer extrakció •Ioncsere •Kromatográfia

44

44

2013.09.19.

Csapadékképzıdés Hordozókat nagyon gyakran használnak a radiokémiában. Ugyanolyan kémiai forma, leszámítva az izotóp összetételt. Izotópcserével számolni kell. Co-precipitation: LaF3 + aktinoidák elválasztása Radioizotópok szorpciója Fe(OH)3 felületén •Laboratóriumi felhasználása ismert, ipari jelentősége kevés. •Általában vizes oldatok estében használatos, megfelelő pH fontos a kolloid képződés elkerülése végett. A csapadékot szűréssel távolítják el.

A radiokémiában használatos szőrıberendezés

45

45

2013.09.19.

Csapadékképzıdés •A csapadékképződés esetén meleg vizes híg oldatokból indulnak ki, eközben nagy kristályok lassú képződése tapasztalható. •pH kritikus – kolloidok elkerülése végett •A szűrletet átmossák megfelelő oldószerekkel, további tisztítás céljából, illetve a legvégső fázisban acetonnal vagy etanollal szárítás gyanánt. •Az elválasztás hozamát a lemért tömegekből számolják vissza, ezért fontos, hogy a szűrlet ne kösse meg a vizet és a CO2-t.

46

46

2013.09.19.

Oldószer extrakció Az urán éteres vagy tributil-foszfát (TBP) extrakciója a XX. sz. elején volt használatos. Folyadék-folyadék extrakció Korona-éterek és CMPO (octyl(phenyl)‐N,N‐diisobutylcarbamoyl‐methylphosphine oxide) semleges extrahálószer a transzurán elemek kinyerésére savas hulladékanyagokból. Az extrakció során két nem vagy részben elegyedő fázis között oszlik meg a radioaktív anyag. A megcélzott elemek vízoldékonyságát csökkentik azáltal, hogy semleges töltésű, hidratált szférától mentes formává alakítják és komplexképzőt adnak a rendszerhez, ami növeli a szerves oldószerben való oldhatóságát.

A vizes fázist preferáló MZ+ esetében a következıképpen lehet ezt elérni: •MAZ képzıdése szerves A- anion segítségével •A belső koordinációs szférában lévő víz kiszorítása szerves molekulákra B, aminek következtében képződik, ami ion-assszociátum formájában megy át a szerves fázisba. •Fém-komplexek képződése olyan L ligandumokkal, amelyek RB+ nagy szerves kationokkal lépnek kapcsolatba ionpár komplexeket képezve. 47

47

2013.09.19.

Oldószer extrakció Az extrakciós ágensek három csoportra oszthatók: 1. Kelátképző polidentát szerves anionok: pl.: acetilacetonát, benzoilacetonát, tenoiltrifluoracetát.

A komplexképző anyag először feloldódik az oldószerben, ionizálódik, megtörténik a komplexképzés és a szerves oldószerbe való átjutás. A lassú komplexképződésnek és az alacsony szerves oldószerben való oldhatóságnak miatt ipari alkalmazásuk korlátolt. A leghatékonyabb extrahálószerek: dietilhexilfoszforsav, dibutilfoszforsav. Pl.: az aktinidák hatékonyan kinyerhetők formában. Ezek a képviselők, már jól oldódnak szerves oldószerekben.

48

48

2013.09.19.

Oldószer extrakció Az extrakciós ágensek három csoportra oszthatók: 2. Semleges extrahálószerek: pl.: alkohol, éter, keton Uranil-nitrát extrakciója dietil-éterrel. A Manhattan-terv kapcsán alkalmazták az urán tisztítására. A leghatékonyabb semleges extrahálószer az organofoszfor vegyületek: tributilfoszfát, ami a Th, U, Np elemekkel a foszforil-oxigénen keresztül kötődik

Az egyensúly jobb oldalra tolható a TBP vagy az (HNO3 vagy Al(NO3)3).

koncentráció növelésével

A PUREX folyamat egyik alapreakciója, amit a kimerült fűtőanyagok újrahasznosítására használnak 49

49

2013.09.19.

Oldószer extrakció Az extrakciós ágensek három csoportra oszthatók: 3. Kationos extrahálószerek: pl.: aminok, különösképp a tercier és kvaterner aminok. A radioaktív kationok komplexeket képeznek az erős bázisokkal. A leghatékonyabb kationos extrahálószer: trioktilamin vagy triizooktilamin a hosszú alkillánc miatt, ami jó hatással van a szerves oldószerben való oldódásra.

RB+=az amin ammónium sója, = fémkomplex. A hat- és négy vegyértékű aktinoidák hatékonyan nyerhetők ki.

50

50

2013.09.19.

Oldószer extrakció D – megoszlási hányados [M]org – a radioaktív fém koncentrációja szerves oldószerben [M]aq – a radioaktív fém koncentrációja vízben Vaq/Vorg – a szerves/vizes fázisok térfogata

51

51

2013.09.19.

Ioncsere A legelterjedtebb szeparációs módszer a radiokémiában, mivel gyors és szelektív. Szintetikus szerves gyantákat alkalmaznak az ioncserére. Az adszorbeálódott radioaktív izotópok megfelelő oldatokkal leszoríthatók a gyantáról. A gyanták az ioncserés technikáknál jól ismert kereszthálós szerkezetű polisztirén megfelelő funkciós csoportokkal ellátva. A kationcserélők pl. Dowex 50 csoportokat tartalmaz, ahol a kationok a H+-ionokat cserélik le. Az anion cserélők esetében Dowex 1 a kvaterner amin csoportokhoz kapcsolódik a radioaktív ion, miközben a klorid-ionok az oldatba jutnak. A gyanták ioncserés kapacitása 3-5 meq/g. A radioaktív izotópok a hidratált szféra sugarának nagysága szerint eluálódnak a gyantáról. Az eluálószer komplexképzőket tartalmazhat, a fémmel alkotott komplexek oldhatósági különbségen alapulva válnak el a gyantán. Ábra: α-hidroxibutilsav komplexépző.

52

52

2013.09.19.

Radioaktív izotóppal jelzett összetett vegyületek elválasztáselválasztás-technikája

53

53

2013.09.19.

[18F]FDG szintézise FDG injekció gyártásának technológiai folyamatábrája 2006 Elúció Hélium K222 K2CO3 H2O MeCN

H218O Hélium 18 F H218O

Ciklotron Target (p+;n0)

Hélium K222 H2O MeCN 18 F K+

Hélium H218O

Gyártó panel QMA oszlop (18Fmegkötés)

Hélium Vízmentes MeCN TATM Hélium

Hélium

Hélium 1M HCl Hélium

Alumina

Reakcióedény Bepárlás I. 70 Co 60 s

Bepárlás II. 105 Co 160 s

Szubsztitúció 85 Co 60 s

Bepárlás III. 105 Co 50 s

Hélium H2O MeCN

Hélium H2O MeCN

Tisztítás Hélium, K222, H2O, 18 F-FDG, F,HCl, TATM, TA-18FDG, AG– 11– A8 oszlop

Hidrolízis 121 Co 210 s

10%-os NaCl injekció Alumina oszlop

QC minták Diagnosztikai Termék

C18 oszlop

Letöltés Steril szűrés 0,22µm

Gyüjtőedény

Dozirozó Hígítás fiziológiás sóoldattal

C-18 cartridge

54

54

2013.09.19.

[18F]FDG minıségellenırzése

TATM

TA-[18F]FDG

TA-[18F]FDG

[18F]FDG

55

55

2013.09.19.

[18F]FDG gyártása során alkalmazott elválasztás technikai megoldások Gyártás: •Ioncsere •Bepárlás/oldószercsere •Szilárd fázisú extrakció SPE

Minőség-ellenőrzés: •Radio-HPLC •Radio-TLC •GC •Gamma-spektrometria

56

56

Jelzett vegyületek elválasztás-technikája

Recommend Documents