Экстракционный генератор технеция - 99 м

 

Изобретение относится к радиохимии и предназначено для получения радиофармацевтических препаратов для медицины. Задачей изобретения является создание высокоэффективного малогабаритного экстракционного генератора технеция-99м с автономным (переносным) экстрактором для эксплуатации установки в радиологических лабораториях, не располагающих мощной защитной техникой. Технический результат изобретения заключается в создании возможности саморегулирования местоположения границы раздела водной и органической фаз в экстракторе в области отбора экстрагента, что позволяет эксплуатировать установку по типу "черного" ящика, т.е. в закрытом виде, при минимальных потерях экстрагируемого радионуклида. Поставленная техническая задача решается за счет того, что колонна экстрактора выполнена с отверстиями в нижней части, коаксиально помещена в герметичный цилиндрический корпус с двумя патрубками для подключения к воздушно-вакуумной системе управления и для вывода отработанного молибдена-99, при этом заборная трубка через одноходовые краны соединена с фильтрующей колонкой и емкостью с экстрагентом. Такое выполнение экстрактора позволяет поместить его в защитный контейнер с отверстиями для подключения шлангов и коммуникаций. В результате достигается многократная экстракция при малых габаритах экстрактора за счет его коаксиальной компоновки и отсутствия соединительных жидкостных коммуникаций между колонной и внутренней частью, выполняющей роль дополнительного экстрактора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области прикладной радиохимии, в частности к производству радиофармацевтических препаратов для медицины. Радионуклид технеций-99м образуется по ядерной реакции: например, при облучении солей молибдена нейтронами ядерного реактора. Он является дочерним продуктом -распада материнского изотопа ⁹⁹Mo.

Приведенная реакция (1) характеризует генераторную систему, в которой с периодичностью в 22 часа накапливается ^99мTc. Для его выделения и отделения от материнского радионуклида ⁹⁹Mo могут быть использованы различные методы: хроматографический, сублимационный, экстракционный и т. д. На основе первых двух методов разработаны конструкции относительно малогабаритных устройств, транспортируемых для последующего использования непосредственно в медицинские учреждения. В отличие от них, экстракционные генераторы представляют собой стационарные установки, позволяющие получать активности технеция-99м 10-20 Кюри (Ки) и более (против 0,5-0,7 Ки у хроматографических генераторов) и обеспечивать потребности медучреждений крупных городов.

Большие габариты экстракционных устройств типа ЭГТЦ-30 (производство ЧССР) обусловлены, как правило, - высотой экстракционной колонны, где происходит реакционный контакт экстрагента с исходным раствором при его движении снизу вверх. Чем выше колонна, тем больше продолжительность контакта и, соответственно, эффективность разделения смеси дочернего и материнского радионуклидов.

Известны сравнительно небольшие установки, где вместо экстракционных колонн используются смесители. Примером такого экстракционного генератора может служить устройство, приведенное в книге (В.А. Соколов. Генераторы короткоживущих радиоактивных изотопов. - М.: Атомиздат, 1975, с. 12-13, 29). Оно состоит из экстрактора с мешалкой, куда подается исходный щелочной раствор молибдата ⁹⁹Mo и экстрагент, например метилэтилкетон (МЭК). После перемешивания смеси и отслоения органической фазы, содержащей технеций-99м, ее через трубку, один конец которой находится на границе водной и органической фаз, перекачивают в испаритель. Отсюда экстрагент отгоняют, а сухой остаток, содержащий технеций-99м, растворяют в физиологическом растворе (0,9% NaCl).

Основным недостатком описанного генератора является невозможность отбора экстракта без его существенных потерь, поскольку поверхность раздела фаз велика, а при смещении конца заборной трубки непосредственно к границе раздела возможен захват водной фазы вместе с материнским изотопом, что не допустимо.

Известен экстракционный генератор авторов настоящей заявки, выбранный в качестве прототипа (см. патент РФ N 2118858 от 10.09.98, БИ N 25, 1998), включающий экстрактор, фильтрующую колонку, испаритель с холодильником и узлом отбора пертехнетата, воздушно-вакуумную систему управления и вспомогательные емкости с жидкостными коммуникациями, в котором указанный выше недостаток устранен за счет снижения площади границы радела фаз посредством сужения корпуса колонн экстрактора в области этой границы. В отличие от рассмотренных выше аналогов, данный генератор имеет экстрактор в виде двух колонн: основной и дополнительной, в которых поочередно и многократно проводится перемешивание фаз путем поочередного создания разрежения воздуха в колоннах через их верхние патрубки, подключенные к воздушно-вакуумной системе. За счет этого достигается снижение габаритов установки по сравнению с другими одноколоночными прямоточными системами. Отбор экстракта с технецием осуществляется через заборную трубку, один конец которой расположен в зауженной части дополнительной колонны, где поверхность границы раздела фаз минимальна и, соответственно, не велики потери экстрагента (около 2-3%). Другой конец заборной трубки подсоединен к фильтрующей колонке. Указанный генератор предназначен для работ в тяжелом защитном боксе с одновременным проведением визуального контроля за местоположением границы раздела фаз при отборе экстрагента.

Таким образом, остается нерешенной задача создания высокоэффективного малогабаритного экстракционного генератора технеция-99м с автономным (переносным) экстрактором для эксплуатации установки в радиологических лабораториях, не располагающих мощной защитной техникой.

Технический результат от предлагаемого изобретения заключается в создании возможности саморегулирования местоположения границы раздела водной и органической фаз в экстракторе в области сужения экстракционной колонны, что позволит эксплуатировать установку по типу "черного" ящика, т.е. в закрытом виде при минимальных потерях экстрагента.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. Так же как и в прототипе, генератор включает экстрактор с колонной, имеющей в зауженной средней части заборную трубку, а в верхней части - патрубок для подключения к воздушно-вакуумной системе управления, фильтрующую колонку, испаритель, соединенный с узлом отбора пертехнетата и холодильником, а также вспомогательные емкости с жидкостными коммуникациями. В отличие от прототипа, колонна экстрактора выполнена с отверстиями в нижней части, коаксиально помещена в герметичный цилиндрический корпус с двумя патрубками для подключения к воздушно-вакуумной системе управления и для вывода отработанного молибдена-99, при этом заборная трубка через одноходовые краны соединена с фильтрующей колонкой и емкостью с экстрагентом.

Такое выполнение экстрактора позволяет поместить его в защитный контейнер с отверстиями для подключения шлангов и коммуникаций.

Для предотвращения попадания жидкостей в воздушно-вакуумную систему объемы колонны экстрактора и его внутренней части (между стенками колонны и корпуса) примерно равны между собой и по отдельности превышают суммарный объем вводимых реагентов.

В результате, так же как и в прототипе, достигается многократная экстракция, но при меньших (примерно в 3 раза) габаритах экстрактора за счет его коаксиальной компоновки и отсутствия соединительных жидкостных коммуникаций между колонной и внутренней частью, выполняющей роль дополнительного экстрактора.

На чертеже приведена принципиальная схема генератора технеция-99м.

Экстракционный генератор включает экстрактор с колонной 1, имеющей два патрубка в верхней части. Один из патрубков подсоединен к воздушно-вакуумной системе, управляемой от внешнего пульта управления 2, а другой 3 - через коммуникацию 4 и одноходовые краны B₁ и B₂ подключен к фильтрующей колонке с сорбентом 5 и к емкости 6, содержащей экстрагент. Цилиндрический корпус 10, куда коаксиально вмонтирована колонна 1, также имеет в верхней части два патрубка: один для подключения к воздушно-вакуумной системе с пультом 2, а другой, заглушенный пробкой 7, для отбора отработанного раствора ⁹⁹Mo. В центре колонны 1 над ее зауженной частью помещена заборная трубка 8. В нижней части колонны имеются сквозные отверстия 9 для свободного перехода жидкости из колонны в зазор между наружными стенками колонны и внутренней поверхностью корпуса 10. Колонка с сорбентом 5 через патрубок соединена с испарителем 11, в кожух 12 которого закачивается горячая вода. Один из патрубков испарителя подсоединен через одноходовой кран B₃ к емкости для подачи физиологического раствора 13, к другому подключен холодильник 14, подсоединенный, в свою очередь, к емкости 15 для сбора отработанного экстрагента. Заборная трубка 16 испарителя через двухходовой кран B₄ связана с флаконом для сбора раствора пертехнетата натрия, ^99мTc, через пробку которого заведена игла 17. Другая игла 18 этого флакона соединена с воздушно-вакуумной системой пульта управления 2. К воздушно-вакуумной системе также подключен манометр 19 и игольчатый вентиль 20, смонтированные на панели пульта управления. Пульт управления содержит 6 электромагнитных клапанов, два из которых (K₂ и K₆) связаны через воздушный фильтр 21 с атмосферным воздухом, а остальные подключены к вакуумному насосу 22 (например, водоструйному). Генератор управляется с помощью кнопок-команд, выведенных на панель пульта. Экстрактор помещен в защитный контейнер 23, имеющий отверстия для подключения шлангов и коммуникаций.

Пример. Навеску оксида молибдена (MoO₃) в количестве 14 г облучают нейтронами реактора и растворяют в 36 мл 5 М раствора КОН с добавлением 1 мл перекиси водорода в отдельной емкости, расположенной за пределами генератора и имеющей выводную трубку. По окончании доводят объем раствора до 85 мл 2,5 М раствором K₂CO₃. Полученный состав через выводную трубку, предварительно подключенную к патрубку 3 экстрактора, подают через заборную трубку 8 и отверстия 9 в зазор между стенками колонны 1 и корпуса 10 путем создания в этой области разрежения воздуха через клапан K₁. Выводную трубку отсоединяют от патрубка 3, а на ее место подключают коммуникацию 4 генератора. Через клапаны K₂ и K₆ в колонну и в зазор между стенками запускают атмосферный воздух, что приводит к выравниванию уровня жидкости в этих сообщающихся объемах. Объем раствора определяют как сумму объемов колонны 1 экстрактора и корпуса 10 до сужений колонны 1. При этом уровень водной фазы в колонне находится на уровне или на 1-2 мм ниже ее зауженной части.

По окончании загрузки, на емкости 4, содержащей экстрагент метилэтилкетон (МЭК) в количестве 40 мл, открывают кран В₂ и включением клапана K₁ создают разрежение воздуха в зазоре между стенками. Требуемую величину разрежения (примерно 0,1 кгс/см²) устанавливают по показаниям манометра 19 с помощью игольчатого вентиля 20. По этой команде экстрагент через коммуникацию 4, заборную трубку 8 и отверстия 9 проходит через слой водной фазы с молибденом-99, захватывает технеций-99м и собирается в верхней части объема между стенками корпуса 10 и экстракционной колонны 1. Затем через клапан K₂ создают разрежение в колонне 1 и одновременно запускают воздух в зазор между стенками через клапан K₂. При данных условиях водная и органическая фазы через отверстия 9 поочередно проходят в колонну с одновременным осуществлением повторной экстракции. Описанные операции по переводу жидкостей из объема в объем повторяют 2-3 раза. На стадии окончательного завершения экстракции водную и органическую фазы переводят в колонну, разрежение в системе снижают до нуля и в этом режиме в течение 1-2 мин осуществляют их расслоение, после чего одновременно включают клапаны K₂ и K₆ для выравнивания уровня жидкостей в колонне и в объеме между стенками.

Установившееся равновесие, исходя из закона действия масс, запишется: M₁=M₂, где M₁ = M_э + M_в - суммарная масса экстрагента и водной фазы в колонне, а M₂ - масса водной фазы в объеме между стенками соответственно.

Под действием массы экстрагента из колонны дополнительно вытесняется масса водной фазы M = M₂ - M_в. Высота вытесненного столба относительно ее исходного уровня h₀ (до момента введения экстрагента) равна h = M/2Sd, где d - плотность водной фазы, a S - площадь сечения колонны.

При последующем отборе экстрагента саморегулирование границы раздела фаз обеспечивается за счет величины M, которая снижается пропорционально уменьшению массы экстрагента. При этом исключается возможность попадания раствора молибдена в испаритель.

Для перевода экстрагента через заборную трубку 8 и фильтрующую колонку 5 в испаритель открывают кран B₁, а в системе испарителя 11 создают разрежение через клапан K₄ при одновременной подаче атмосферного воздуха в экстрактор через клапаны K₂ и K₆. При отборе экстрагента происходит подъем столба водной фазы в генераторной колонне до исходного уровня h₀. При этом в зауженной части колонны остается часть МЭК, объем которого равен объему горловины до кончика заборной трубки 8. При сечении горловины 1 см² и ее высоте 1,5 см потери составляют 1,5 мл или около 4% от введенного количества.

По окончании отбора экстрагента, кран B₁ закрывают и отключают клапаны K₂ и K₆. В кожухи испарителя 11 и холодильника 14 подают соответственно горячую (93-96^oC) и холодную воду. Процесс ведут до полного испарения МЭК. Затем осуществляют продувку испарителя, для чего на 3-5 мин открывают трехходовой кран B₄ в положение запуска атмосферного воздуха. После этого отключают системы подачи воды. В емкость 13 вводят 10-12 мл физиологического раствора (0,9%-ный раствор NaCl) и открывают кран B₃. Этим раствором смывают технеций-99м со стенок испарителя, при этом образуется раствор натрия пертехнетата, ^99мTc. Смыв проводят в том же положении крана B₄ в режиме барбатажа. Затем кран B₄ переключают в положение "подача", а во флаконе-сборнике создают разрежение включением клапана K₅ через иглу 18. По этой команде раствор пертехнетата натрия, ^99мTc, переходит во флакон через иглу 17. На этом процесс получения препарата заканчивается. Флакон отсоединяют от игл с помощью дистанционного устройства, а полученный препарат отправляют на стерилизацию.

По окончании 1-2 недель (срок годности раствора молибдена-99) производят перезагрузку экстрактора. С этой целью с патрубка 7 снимают пробку, в экстрактор вводят трубку для отбора и через нее откачивают отработанную водную фазу в сборник отходов.

В рассмотренном примере генератор технеция расположен непосредственно на месте приготовления исходного раствора молибдена-99. В том случае, когда основной генераторный стенд вместе с пультом и вспомогательными емкостями базируется в помещениях, удаленных от места облучения, контейнер с экстрактором после его загрузки может быть транспортирован к месту последующей эксплуатации. При этом все выходные патрубки экстрактора заглушаются пробками.

Заявляемый генератор технеция обеспечивает высокую надежность при отборе экстрагента с минимальными его потерями, не прибегая к визуальному контролю за ходом этого процесса. Предлагаемая конструкция дает возможность уменьшить габариты экстрактора в несколько раз, что позволяет создать его мобильный вариант.

Формула изобретения

1. Экстракционный генератор технеция-99м, включающий экстрактор с колонной, имеющей в зауженной средней части заборную трубку, а в верхней части - патрубок для подключения к воздушно-вакуумной системе управления, фильтрующую колонку, испаритель, соединенный с узлом отбора пертехнетата и холодильником, а также вспомогательные емкости с жидкостными коммуникациями, отличающийся тем, что колонна экстрактора выполнена с отверстиями в нижней части, коаксиально помещена в герметичный цилиндрический корпус с двумя патрубками для подключения к воздушно-вакуумной системе управления и для вывода отработанного молибдена-99, при этом заборная трубка через одноходовые краны соединена с фильтрующей колонкой и емкостью с экстрагентом.

2. Экстракционный генератор технеция-99м по п.1, отличающийся тем, что экстрактор помещен в защитный контейнер с отверстиями для подключения шлангов и коммуникаций.

РИСУНКИ

Рисунок 1