氧-18水批量回收純化處理工藝

石 偉，溫 凱，李 光，劉涉洋，張 先，郭飛虎，趙貴植，樊紅強

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

氧-18水批量回收純化處理工藝

石 偉，溫 凱，李 光，劉涉洋，張 先，郭飛虎，趙貴植，樊紅強

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

建立了一套18O-H2O回收水批量回收純化處理工藝。該工藝對18O-H2O回收水中的雜質進行了分析，通過紫外殺菌，無菌濾膜過濾除去了菌類和細菌內毒素，通過三次低溫蒸餾或C-18柱-二次低溫蒸餾除去了可溶性無機和有機雜質，同時保證了同位素豐度符合要求，使18O-H2O各項指標達到了加速器藥物生產要求，并可達到較高的打靶和合成效率。該工藝的建立可以充分利用一次打靶后的18O-H2O回收水，大幅度降低了成本，資源利用更加合理，高效。

18O-H2O；氧-18水；回收；低溫蒸餾；紫外殺菌

近年來，作為當代最先進的核醫學顯像技術之一的正電子發射計算機斷層顯像技術(positron emission computed tomography,PET)得到了快速發展，PET/CT顯像和正電子藥物不斷應用于臨床[1]，18F-FDG是PET顯像中最重要的顯像劑之一。作為生產18F-FDG放射性藥物原料的18O-H2O用量也隨之大量增加。由于18O-H2O生產制備工藝復雜，生產成本高，產量有限，價格昂貴，從而使得生產氟-18放射性藥物的成本一直居高不下。

高豐度18O-H2O在醫用回旋加速器中作為核反應18O(p,n)18F的靶材，制備短半衰期放射性核素18F。核反應結束后，18O-H2O通過QMA柱被分離到回收瓶中，不進入反應體系，回收水中雜質很少，18O-H2O豐度降低很小，但需要進行純化除去雜質，其質量才可達到生產要求，并且核反應中實際參加反應的18O-H2O很少，如果生產過程中18O-H2O只使用一次，其利用率很低，浪費資源，18O-H2O成本可占生產總成本的50%以上。因此，18O-H2O的回收利用勢在必行。

國內外對18O-H2O回收水再利用的研究報道較少，有關于18O-H2O分離純化方法[2]的研究報道，但并未形成系統化的方法。目前，大批量使用18O-H2O的情況較少，但是隨著18F-FDG用量逐年增長，18O-H2O回收水的再利用也逐漸開始受到關注。

1 實驗儀器與試劑

1.1 主要儀器

Cyclotron-30加速器：比利時IBA公司；11 MeV加速器：德國西門子公司；FDG四次合成模塊：派特(北京)科技有限公司；MAT-252穩定同位素氣體質譜儀：美國Thermo公司；DDS-307電導率儀：上海儀電科學儀器股份有限公司；DME-08蠕動泵：雷弗流體科技有限公司；Edwards E2M1.5真空泵：英國Edwards公司； HH-Z1恒溫水浴鍋：鄭州長城科工貿有限公司；DT-613溫度測量儀：上海雙旭電子有限公司；DT-613冷卻水循環泵：上海喬躍電子有限公司；ZTP108E紫外消毒柜：廣東康寶電器有限公司；TPG-300真空度測量計：瑞士Balzers公司； CRC-15PET活度計：美國Capintec公司。

1.2 主要試劑

Sep Pak C18柱：Waters公司；氫氧化鈉、無水氯化鈣、變色硅膠、95%乙醇：國藥集團化學試劑有限公司，AR。

2 實驗條件

2.1 氣相色譜條件

色譜柱型號：PA-5MS 30 m×0.25 mm×0.5 μm；載氣類型：高純He；載氣流速：1.0 mL/min；分流比：100∶1；進樣量：0.4 μL；進樣口溫度：230 ℃； 傳輸線溫度：260 ℃； 離子源溫度：230℃；掃描方式：全掃描(14～100 m/z) 溶劑延遲：0.1 min；程序升溫：50 ℃，1 min 5 ℃/min至80 ℃，1 min 20 ℃/min至200 ℃,1 min。

2.2 液相色譜條件

色譜柱型號：STC-C18 4.6 mm×250 mm；色譜柱溫度：30 ℃；流動相比例及流速：V(乙酸銨)∶V(乙腈)=1∶1，0.5 mL/min；紫外檢測器檢測波長：210 nm；進樣體積：20 μL；檢測時長：14 min。

2.3 同位素質譜條件

MAT-252穩定同位素氣體質譜儀進行檢測。首先在進樣前需對樣品進行稀釋，然后放置一周，每天對靜置液體進行搖勻2～3次，之后進行質譜儀檢測。水中氧同位素的測定采用二氧化碳-水平衡法及毫克級微量水平衡法完成。

3 實驗方法

3.1 紫外殺菌

選用短波紫外線(UVC)的消毒柜，將18O-H2O回收水置于石英器皿中放置在消毒柜中，紫外消毒1 h。

3.2 無菌濾膜過濾

用膠管與蠕動泵連接通過0.22 μm的無菌過濾膜過濾18O-H2O回收水，流量控制在500 g/h。過濾結束后對18O-H2O回收水進行無菌和細菌內毒素的檢驗。內毒素檢驗限值為0.25 EU/mL。無菌檢驗方法為中國藥典2010年版《無菌檢查法》中直接接種法。

3.3 減壓低溫蒸餾

建立一套減壓低溫蒸餾設備，實驗裝置圖如圖1所示。采用恒溫水浴鍋加熱燒瓶中的物料，通過調節負壓泵對減壓低溫冷凝系統進行減壓，從而達到在不同壓力下物料中的雜質在不同溫度下沸騰，對其進行分批次收集。采用低溫循環水泵連接冷卻槽，冷凝蒸發處理的料液，以此進行了單次蒸餾 。

低溫蒸餾條件如下：每批蒸餾250～600 g左右；壓力為22～36 mbar；循環冷卻水采用低溫循環水泵，流動相為乙醇與水的混合溶液；產品冷卻自行設計加工了冷卻槽，冷卻水采用冰鹽浴與低溫循環水混用方式，保持產品冷卻溫度-10 ℃左右收集；在高真空泵前加無水氯化鈣(或變色硅膠)與氫氧化鈉干燥塔。

根據一次蒸餾的實驗結果，改變實驗條件，進行了分段收集餾分的低溫減壓蒸餾實驗，二次低溫減壓蒸餾實驗，三次低溫減壓蒸餾實驗，以及通過C-18柱純化后的二次低溫減壓蒸餾實驗。分段收集餾分的低溫減壓蒸餾實驗中前30 min的餾分與最后30 min的餾分不進入最終產品。對低溫蒸餾所得產品進行了送樣檢測，檢測項目為：氧-18豐度、鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子、鐵離子、銅離子、銨離子、氟化物、氯化物、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、溴化物、碘化物、有機碳含量，共計16個檢測項目。

3.4 氧-18水純化驗證

3.4.118O-H2O回收水驗證生產

用純化后的氧-18水進行18F-FDG同位素產品生產實驗，驗證實驗條件如下：C-30加速器裝氧-18水3.5 g，束流42 MeV，打靶時間60～120 min；西門子加速器裝水2.7 g，束流50 MeV，打靶時間60～120 min；用北京派特多次合成儀FDGN進行18F-FDG的合成。合成后對產品的核純度，放化純度，產率進行計算，與新采購的18O-H2O水，打靶生產的18F-FDG產品進行對比分析。

3.4.2 核純的測定

采用高純鍺多道γ譜儀系統進行測定，取氟[18F]脫氧葡糖注射液約10 μL于聚乙烯瓶中，在距探頭20 cm處測量γ譜，待主γ峰統計誤差小于0.5%后停止測量并存譜。用解譜軟件進行分析。

3.4.3 放化純度的測定

采用紙色譜法(ITLC)進行測定。展開劑為V(乙腈)∶(水)=19∶1。用玻璃毛細管將氟[18F]脫氧葡糖注射液點在色層紙一端2 cm處。將紙條放入盛有展開劑的層析缸中，上行展開，用吹風機吹干。將色層紙放在放射性薄層掃描儀上測量放射性計數。

4 結果與討論

4.1 紫外氧化與無菌濾膜過濾

根據已有的18O-H2O回收水，進行了紫外氧化、無菌過濾膜過濾、蒸餾實驗，對實驗結果的樣品進行了細菌內毒素、無菌的檢驗。檢驗結果列于表1和表2。

由表1和表2可見，經過紫外氧化實驗和無菌濾膜過濾實驗后，達到了無菌和內毒素的標準。該方法可以作為除細菌和內毒素的方法。

4.2 減壓低溫蒸餾

4.2.1 一次蒸餾

針對三批18O-H2O回收水，連續進行了三批18O-H2O回收水蒸餾實驗，18O-H2O回收水蒸餾前后的重量結果列于表3。

表1 內毒素檢驗結果Table 1 Results of endotoxin tests

表2 無菌檢驗結果Table 2 Results of sterility tests

表3 一次蒸餾實驗結果Table 3 Results of single-distillation

從表3結果可以看出，18O-H2O回收水的回收范圍從300～550 g，回收率均可達到97.0%以上，回收效果較好。將回收水進行了送樣分析，分別進行了原樣、紫外消毒過濾、減壓低溫蒸餾后的取樣測試，結果如表4所示。其中鈣離子，鐵離子，銅，銨離子，硝酸鹽，磷酸鹽，溴化物，碘化物幾個項目的檢測均為合格，不再列出。

表4 雜質檢驗結果Table 4 Results of impurities tests

從表4結果可以看出，回收水原樣品中鉀離子超標，有機碳總量(TOC)超標，需要對這兩種雜質進行處理；通過紫外殺菌，無菌濾膜過濾實驗，不會對水中無機和有機雜質產生影響，基本保持原水中水平；經過一次蒸餾處理后，鉀離子已經完全除去，符合指標要求，TOC大幅度降低，除去了70%左右有機碳雜質，但仍然未達到指標要求。因此，需要對一次蒸餾的18O-H2O進一步處理，以除去超標的TOC。對18O-H2O回收水樣雜質進行了氣相色譜分析，分析出有機雜質的成分主要是乙醇、乙腈、氨基聚醚(K2.2.2)，結果示于圖2。

圖2 樣品中氨基聚醚與標準品的HPLC圖Fig.2 HPLC chromatography of K2.2.2 in samples and standards

由圖2可見，7 min 附近峰為氨基聚醚峰；18—50是指樣品18稀釋50倍所得譜圖。可見樣品中的雜質與氨基聚醚的保留時間相符，均含有氨基聚醚雜質。含有氨基聚醚雜質是由于淋洗液在管道中殘留所致。

根據圖3、圖4、圖5結果分析可見，樣品有機雜質中含有乙醇和乙腈。其中，乙腈和氨基聚醚(K2.2.2)是由于FDG合成儀中淋洗管道，以及六通閥在淋洗QMA柱時可能會殘留的淋洗液，乙醇可能是由于在清洗靶腔過程中靶腔殘留所帶來的。針對以上情況進行分析，乙醇沸點為78.4 ℃，乙腈沸點為76 ℃，氨基聚醚沸點為513.1 ℃，遠高于水的沸點，基本不會被蒸發。因此，進行了分段蒸餾實驗，以確認雜質中TOC的蒸出時間。

圖3 雜質分析GC圖Fig.3 GC chromatography of impurities analysis

圖4 保留時間1.418 min的質譜分析圖Fig.4 Mass spectrogram of 1.418 retention time sample

圖5 保留時間1.508 min的質譜分析圖Fig.5 Mass spectrogram of 1.508 retention time sample

表5 相似物分析結果Table 5 Results of analogue analysis

蒸餾前30 min的餾分TOC含量可達到6 000 mg/L以上，最后殘留的18O-H2O水中TOC也可達1 000 mg/L以上，中間餾分的TOC含量僅為15～200 mg/L，遠遠低于前后餾分的TOC含量；這是由于有機碳中主要成分乙腈和乙醇沸點低于水的沸點，會隨著初始30 min餾分蒸出；有機碳中另一個成分K2.2.2則由于沸點遠高于水，滯留在回收水中，因此需要進行分段收集餾分，將前30 min餾分去除，樣品最后剩余5%左右時停止蒸餾，以最大限度的除去水中的有機雜質。單次分段蒸餾的中間餾分TOC仍大于5 mg/L，因此需要對中間餾分進行二次蒸餾，甚至三次蒸餾，以使TOC值達到標準要求。分段收集餾分因去除前后餾分，所以該方法的回收率在70%～85%左右，回收水損失略高。

4.2.2 二次蒸餾和三次蒸餾

實驗1～3為同一批次18O-H2O回收水，在進行了一次蒸餾之后，經過C-18柱處理，然后再進行了二次蒸餾實驗；4～6分別是同一批氧-18水進行了一、二、三次蒸餾實驗的結果；7～9分別是同一批18O-H2O回收水進行了一、二、三次蒸餾實驗的結果(表6)。

從表6可以看出，經過了C-18柱與二次蒸餾或三次蒸餾后，18O-H2O的豐度，有機碳含量達到了標準要求C-18柱-二次蒸餾實驗的18O-H2O回收水總回收率大約為62.0%，三次蒸餾后18O-H2O回收水總回收率分別為57.3%和45.5%，回收率偏低，由于一次蒸餾和二次蒸餾時分段時間較長，損失較大。若按最終工藝條件收集，C-18柱-二次蒸餾總回收率預計可以達到72.3%，三次蒸餾預計可以達到65%。

表6 C-18柱與二次蒸餾或三次蒸餾實驗結果Table 6 Results of C18 column and twice-distilled or triple-distilled experiments

4.3 生產驗證

根據上述的檢測結果可以看出，經過三次蒸餾或C-18柱-二次蒸餾的氧-18水已經符合要求，可以進行打靶實驗。分別使用兩個批次的18O-H2O回收水進行了打靶實驗，其中1-3為C-18柱-二次蒸餾處理，4-6為三次蒸餾處理，7為購買的18O-H2O產品，作為對比。并對實驗產品進行了檢驗，實驗結果列于表7。

從表7可見，打靶效率較高，最終合成效率達到63%～67%，效果較好；經檢驗，各批次生產所得18F-FDG中的檢測項目：細菌內毒素，無菌，pH，性狀，放化純度，核純度均符合藥典要求，達到所需指標。與18O-H2O的新水產品生產FDG情況相比，在技術參數上基本無差別，合成效率甚至高于新18O-H2O，可以用于正常生產。

5 結論

建立了完整的18O-H2O回收水純化工藝，紫外殺菌-無菌濾膜過濾方法，充分除去了18O-H2O回收水的菌類和內毒素，C-18柱-二次低溫蒸餾或三次低溫蒸餾除去了18O-H2O回收水中的金屬離子和可溶性有機物，通過該工藝得到符合生產要求的18O-H2O回收水。該工藝充分利用一次打靶后的18O-H2O回收水，大量節約了生產成本，節省了寶貴同位素資源。純化后的18O-H2O回收水經驗證后可以直接應用于生產中，可有效節約18F-FDG的生產成本。

表7 回收水驗證結果Table 7 Results of verification experiments

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Batch Recycle Purification Technological Process of18O-H2O Water

SHI Wei, WEN Kai, LI Guang, LIU She-yang, ZHANG Xian, GUO Fei-hu, ZHAO Gui-zhi, FAN Hong-qiang

(HighTechAtomCO.LTD.Beijing102413,China)

A batch purification technological process for18O-H2O recycled water is established. The impurities was analyzed firstly. The bacteria and endotoxin in18O-H2O recycled water could be removed by ultraviolet sterilize rand sterile membrane, and soluble impurities removed by multiple cryogenic distillation. This process makes indicators meet the accelerator pharmaceutical production requirements, together with high target and synthesis efficiency. This process, which takes advantages of18O-H2O recycled water produced by accelerator, reduces the cost significantly and utilizes the resources reasonably and efficiently.

18O-H2O; oxygen-18 water; recycle; cryogenic distillation; ultraviolet sterilizer

10.7538/tws.2015.28.03.0160

2015-03-19;

2015-05-26

石 偉(1977—)，男，北京人，實驗師，主要從事放射性藥物合成與標記

TL92+3

A

1000-7512(2015)03-0160-07