Способ получения хлорида таллия-199

 

Использование: способы получения радиоактивных источников, предназначенных для медицинских целей, в частности, способы получения радионуклида таллия-199 в виде хлорида таллия. Сущность: радоинуклид таллий-199 получают из облученной α-частицами мишени золота. Облученную мишень нагревают при 800-900^oС в токе хлористого водорода в условиях герметичности. Образовавшийся хлористый таллий поглощают водой. В полученный раствор вносят хлорид натрия в количестве, необходимом для получения изотонического раствора, и выпаривают полученный раствор досуха с последующим растворением осадка в воде для инъекций. Время от начала выделения радионуклида до расфасовки препарата составляет 45-50 мин. В конечном препарате таллий находится в степени окисления (+1). Содержание таллия (+3) в препарате не значительно, препарат в целом удовлетворяет требованиям инъекционного препарата. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области преобразования химических элементов и источникам радиоактивности, предназначенным специально для медицинских целей, в частности, к способам получения радионуклида Tl-199 в виде хлорида таллия.

В настоящее время одной из наиболее важных задач в клинической кардиологии является своевременная диагностика ишемической болезни сердца (ИБС) и наиболее тяжелого и опасного ее осложнения инфаркта миокарда, поскольку это заболевание является основной причиной смертности и инвалидизации населения страны.

Являясь по своим биологическим свойствам аналогом калия (+1), таллий (+1) является оптимальным радионуклидом для визуализации миокарда. Наибольшее распространение в настоящее время получили препараты на основе изотоп таллия-201. Ядерно-физические свойства таллия-201 ограничивают возможность использования этого препарата. Таллий-201 обладает низкой энергией фотонов (70-80 кэВ), что создает достаточно высокое тканевое поглощение, вследствие чего ухудшается качество получаемого изображения миокарда. Относительно большой период полураспада радионуклида (3,06 сут) ограничивает возможность проведения повторных исследований для оценки эффективности лечебных мероприятий в динамике при инфаркте миокарда и послеоперативного лечения вследствие высоких лучевых нагрузок на пациентов.

По этим причинам большой интерес вызывают работы, выполненные с таллием-199, который обладает энергией излучения фотонов, существенно большей, чем таллий-201, и почти в 10 раз меньшим периодом полураспада (7,4 ч). Использование таллия-199 позволяет существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациентов, улучшить качество получаемой информации и, в итоге, повысить точность диагностики.

Наиболее удобным способом получения таллия-199 является ядерная реакция ¹⁹⁷Au(α,2n)¹⁹⁹Tl при энергии α--частиц 28 МэВ.

Учитывая малый период полураспада радоинуклида ¹⁹⁹Tl, продолжительность выделения должна быть как можно меньше периода полураспада.

Известен способ получения хлорид таллия-199 нагреванием мишени золота в атмосфере воздуха и конденсацией возогнанного оксида таллия на охлаждаемом коллекторе с последующим смыванием его с коллектора 0,1 М HCl [1] Выход таллия-199 при этом составляет более 90% Наиболее близким по технической сущности и цели к заявленному изобретению является способ получения хлорида таллия-199, основанный на нагреве на воздухе облученной α-частицами мишени золота с последующим сбором сублимата оксида таллия на охлаждаемом коллекторе. Получение хлорида таллия осуществляется смыванием оксида таллия с коллектора изотоническим раствором хлорида натрия [2] Температура возгонки составляет приблизительно 600^oC, при которой за 15-30 мин из мишени удаляется более 90% радионуклида. Проведено испытание препарата на животных. Способ трансформирован во временную фармакопейную статью, где сублимация оксида таллия проводится при температуре 650^oС в течение 30 мин.

Известному способу-прототипу присущи следующие недостатки: 1. При сборе (смывании) сублимата с охлаждаемой поверхности (коллектора) значительная его часть фиксируется на поверхностях, не предназначенных для конденсации радионуклида. В итоге, при выделении из мишени более 90% радионуклида в конечном продукте (после смывания) его может оказаться менее половины от первоначального количества.

2. Учитывая кратковременность сублимации, разгерметизация системы (для смывания радионуклида) происходит в достаточно высокотемпературном режиме, когда значительное количество радионуклида находится в незафиксированном состоянии (в газовой фазе), что ведет к заряжению внешнего пространства. Эта опасность сохраняется и через несколько часов после окончания сублимации.

Поэтому разгерметизация системы при таком способе выделения радионуклида недопустима с точки зрения обеспечения безопасных условий работы и требований экологии.

3. Таллий имеет две степени окисления (валентности): (+1) и (+3). Аналогом щелочных элементов является таллий (+1). Таллий (+3) в хлоридных растворах находится в виде аниона TlCl^-₄ (при значительной концентрации хлорида [TiCl₆]^3-), не пригодного для радионуклидной диагностики. Его наличие ведет только к дополнительной лучевой нагрузке, на фоне которой может быть затруднен или даже невозможен контроль поведения таллия (+1).

Возгонка таллия в воздушной среде происходит в виде оксида таллия (+3) Tl₂O₃, который превращается при переводе сублимата в раствор в хлорид таллия (+3). Установлено, что при нагревании таллия на воздухе до температуры 140^oС образуется закись таллия Tl₂O, а при нагревании до более высоких температур окись таллия Tl₂O₃. Также известно, что окись таллия разлагается с отщеплением кислорода только при температуре 875^oС. Реально сублимат состоит из окислов таллия (+1) и (+3), которые при переводе в хлоридный раствор образуют соответственно смесь хлоридов таллия (+1) и (+3), соотношение которых будет зависеть от температурных условий отгонки, параметров раствора и времени, прошедшего после перевода сублимата в раствор.

Учитывая необходимость из-за малого периода полураспада радионуклида, практически немедленного его использования (исключая время транспортировки), роль последнего фактора может быть велика. Поэтому допустимое содержание таллия (+3) в препарате не более 3% может быть не выдержано, что снижает его качество. Вообще, указание содержания таллия (+3) в препарате без указания времени, прошедшего от перевода сублимата в раствор до определения содержания таллия (+3), является некорректным, так как со временем содержание таллия (+3) в растворе может меняться. В этом аспекте объяснимы случаи необычного поведения радоинуклида таллия в медицинской практике.

Целью изобретения является разработка способа получения хлорида таллия-199 из мишени золота, свободного от отмеченных недостатков, но сохраняющего достоинства способа-прототипа, прежде всего быстрота выделения и его безопасность, пригодность конечного препарата для медицинских целей.

Цель достигается тем, что выделение радионуклида таллия-199 осуществляют путем нагревания облученной α- частицами мишени золота и хлорирование выделенного радионуклида таллия-199. Выделение радионуклида таллия-199 и его хлорирование проводят одновременно в токе хлористого водорода в условиях герметичности, при этом мишень нагревают при температуре 800-900^oС, хлористый таллий поглощают водой, вносят в полученный раствор хлорид натрия в количестве, необходимом для получения изотонического раствора, и выпаривают полученный раствор досуха с последующим растворением осадка в воде для инъекций.

Технический результат настоящего изобретения заключается в следующем: 1. Выделившийся из мишени радионуклид полностью улавливается и далее реализуется в конечном препарате.

2. Процесс выделения хлорида таллия осуществляется в приборе, исключающем попадание радионуклида во внешнее пространство, что соответствует как требованиям обеспечения безопасных условий работы, так и требованиям экологии.

3. Таллий в конечном продукте находится в степени окисления (+1), так как известно, что при нагревании хлорида таллия (+3) уже при температуре 40^oС начинается отщепление хлора с образованием монохлорида таллия.

4. При выпаривании раствора хлорида таллия с хлоридом натрия досуха температура сухого осадка достигает 200^oС, что является стерилизующим фактором для основного продукта перед последней операцией: растворением осадка в воде для инъекций.

На чертеже изображено устройство, реализующее предложенный способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Облученная мишень золота нагревается до температуры 800-900^oС. Нижний температурный предел (800^oС) определяется температурой испарения монохлорида таллия, верхний (900^oС) максимальной рабочей температурой нихромового нагревательного элемента электропечи. Таллий-199, образовавшийся в объеме мишени золота в результате ядерной реакции, т.е. радионуклид таллия-199, диффундирует к поверхности мишени, где взаимодействует с хлористым водородом, находящимся в проходящем токе воздуха, в результате чего образуется хлорид таллия. (Насыщение воздуха хлористым водородом осуществляется пропусканием его через концентрированный раствор соляной кислоты). Хлорид таллия током газов переносится в батарею ловушек, содержащих воду, где поглощается. В итоге, в ловушках образуется солянокислый раствор хлорида таллия. Далее раствор из ловушек выпаривается досуха после предварительного внесения в него хлорида натрия в количестве, необходимом для получения конечного объема изотонического (0,9% ) раствора. Осадок, состоящий из монохлорида таллия и хлорида натрия, растворяется в воде для инъекций и расфасовывается. Хлорирование таллия в условиях высокой температуры и дополнительный нагрев осадка радионуклида таллия при выпаривании раствора из ловушек досуха способствует получению таллия в виде монохлорида вследствие малой термической прочности хлорида таллия (+3).

Устройство, реализующее способ (чертеж), состоит из входной склянки Тищенко 1, содержащей 100 мл концентрированной (36%) соляной кислоты, сочлененных (на шлифах) кварцевых цилиндров 2 и 3, трубчатой электропечи 4, свободно перемещающейся на цилиндрах 2 и 3, батареи ловушек (5 штук), содержащих по 4-5 мл воды в каждом колене, выходной (запорной) склянки Тищенко 6, содержащей 100 мл 5 М раствора КОН, необходимой для предотвращения возможного проскока следов радионуклидов и улавливания на выходе HCl, и далее следует водоструйный насос, скорость отсоса которого регулируется винтовым зажимом 7.

Работа устройства заключается в следующем. Перед поступлением облученной мишени электропечь в положении 4 нагревается до рабочей температуры 800-900^oС. Мишень 8 помещается в цилиндр 2, цилиндры сочленяются. Через систему в течение 10-15 с пропускается быстрый ток воздуха (15-20 пузырьков в сек), насыщенного HCl, затем скорость снижается до 2-3 пузырьков в секунду и электропечь перемещается в положение 4'. Через примерно 10-12 мин электропечь возвращается в исходное положение 4. Батарея ловушек 5 отсоединяется, и раствор сливается через входной шлиф. В раствор вносится, исходя из заданной удельной активности конечного препарата, необходимое количество хлорида натрия и раствора выпаривается досуха. Время выпаривания составляет примерно 20-25 мин. Потерь радионуклида не наблюдается, так как натрий является для таллия (+1) неизотопным носителем. Общее время от помещения мишени в установку до расфасовки препарата оставляет 45-50 мин.

Описываемый способ получения TlCl был опробован и реализуется в Лаборатории ядерных реакций НИИ Ядерной физики МГУ. Результаты получения TlCl по данному способу иллюстрируются нижеследующей таблицей.

Выход таллия-199 (%) в зависимости от времени и от температуры представлен в таблице.

Таким образом, предложенный способ получения радионуклида таллия-199 в виде хлорида характеризуется по сравнению с известным способом высокой эффективностью, безопасностью, удовлетворяет требованиям экологии, обладает достаточной простотой, быстротой выделения и определенностью химического состава препарата, что позволит ему найти применение в медицинской радиодиагностике.

Препарат, получаемый по данному способу, проходит апробирование в Институте клинической кардиологии КНЦ РАМН. Результаты положительные.

Формула изобретения

Способ получения хлорида таллия-199, включающий выделение радионуклида таллия-199 путем нагревания облученной α-частицами мишени золота и хлорирование выделенного радионуклида таллия-199, отличающийся тем, что выделение радионуклида таллия-199 и его хлорирование проводят одновременно в токе хлористого водорода в условиях герметичности, при этом мишень нагревают при 800 900^oC, хлористый таллий поглощают водой, вносят в полученный раствор хлорид натрия в количестве, необходимом для получения изотактического раствора, и выпаривают полученный раствор досуха с последующем растворением осадка в воде для инъекций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2