強堿性陰離子交換樹脂用于90YCl3溶液金屬雜質的純化

尹幫順，鄧啟民，潘俊男，程作用

(成都云克藥業有限責任公司，四川 成都 610041)

醫用90Y主要由90Sr/90Y放射性衰變平衡體系中定期提取得到，利用該方法生產的無載體90Y，用于抗體或多肽等載體標記時能夠提高被標記物的利用率，降低90Y放射性藥物的生產成本。從90Sr/90Y提取90Y普遍采用萃取法、離子交換法、電沉積法、沉淀法等[1-5]分離Sr和Y的方法，可以得到核純度符合醫用要求的90Y，但在生產過程不可避免地引入Fe、Al、Zn、Mg等金屬元素，每種金屬元素的含量限度可能超過30 μg/GBq[6]。由于37 GBq90Y的質量僅為1.84 μg，90Y溶液中微量的金屬離子尤其是與Y價態相同的金屬離子的存在，將會在標記的過程中與90Y競爭相應的抗體或多肽，從而抑制90Y與抗體、多肽等生物分子的結合，降低90Y的標記率。歐洲藥典(EP10.0)對標記用90Y中Fe和Zn的含量限度分別為6.0 μg/GBq和3 μg/GBq[7]。因此，從90Sr/90Y分離出來的90Y溶液用于標記之前，必須對溶液純化以降低金屬雜質的含量。

從90Sr/90Y提取核純度符合醫用要求的90Y報道較多，但核純度符合要求的90Y溶液與其他金屬雜質的分離純化尚未見有相關的報道。對于混合溶液中金屬離子的去除，最為有效和簡便的方法就是利用離子交換樹脂對溶液中的各組分進行分離，從而提純。

強堿性陰離子交換樹脂可用于高濃度鹽酸溶液中Fe的去除[8-10]，Fe具有空價電子軌道，在鹽酸濃度較高時，形成 [FeCl4]-或[FeCl6]3-等絡陰離子，可與氯型陰離子交換樹脂發生式(1)的反應：

或

(1)

吸附后的Fe可以通過降低溶液鹽酸濃度的方式，從樹脂上將Fe洗脫，同時可完成樹脂的再生，發生式(2)的反應：

或

(2)

對于可形成絡陰離子的金屬元素，可以利用強堿性陰離子交換樹脂對其進行去除或提純。Y為一種稀土元素，也具有空價電子軌道，在一定條件下也能形成絡陰離子[11-12]。

本工作針對90Y溶液中金屬雜質的特點，利用強堿性陰離子交換樹脂對90YCl3溶液中主要的金屬雜質進行分離。

1 試劑及儀器

AE4樹脂(strong anion exchange resin,4% cross-link)：75～165 μm，Triskem International公司；IRIS-HU-DUO型等離子體原子發射光譜儀：美國熱電公司；KS-130振蕩器:德國IKA公司；Tri-Carb 2810TR 型液體閃爍計數器：美國鉑金埃爾默公司；自制玻璃色譜柱：內徑為8 mm。實驗用水為二次蒸餾水；實驗中所用試劑均為分析純。

2 實驗方法

2.1 AE4樹脂對90YCl3模擬溶液中金屬離子的分配系數

AE4樹脂(Cl型)分別加入不同鹽酸濃度的溶液中，溶液中均含有Y3+、Fe3+、Al3+、Zn2+、Mg2+等金屬離子，振蕩24 h，振蕩后測量溶液中各離子的濃度，按照公式(3)計算AE4樹脂對金屬離子的靜態分配系數。

(3)

式中，Kd為靜態分配系數，mL/g；C0和C分別為被計算離子在振蕩前、振蕩后，溶液中該離子的質量濃度，μg/mL；m為AE4交換劑的質量，g；V為溶液的體積，mL。

2.2 AE4色譜柱對90Y反萃液模擬溶液的初步分離純化

不同鹽酸濃度的模擬溶液，均含有Fe、Y、Al、Mg、Zn等元素，加入至AE4樹脂柱進行吸附實驗，測量樹脂柱吸附前后樣品溶液中各元素的濃度，根據各元素的吸附率，確定不同鹽酸濃度條件下的純化結果。

2.3 AE4樹脂柱對Fe3+的吸附容量

AE4樹脂柱預處理后，加入FeCl3-HCl溶液(CHCl=3 mol/L)，以2 mL/min速度進行吸附。接收吸附流出液，測定吸附流出液中Fe3+的濃度，根據公式(4)計算出AE4樹脂柱的動態工作交換容量。

(4)

式中，Q為交換容量，mg/g；C0為起始料液元素的濃度，μg/mL；C為吸附流出液中離子的濃度，μg/mL；W為交換劑的質量，g；V為漏穿時吸附流出液的體積，mL。

2.4 Fe的去除工藝

90YCl3模擬溶液(含有Y3+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Zn2+等)調節鹽酸濃度至3 mol/L，加至AE4樹脂柱，收集色譜柱吸附流出液；再使用鹽酸溶液清洗樹脂柱，研究溶液中Fe的去除條件。

2.5 Y與Al、Zn、Mg等雜質的分離

除去Fe3+的90Y模擬溶液調節鹽酸濃度至7 mol/L，將該溶液加入另一根AE4樹脂柱。再依次使用7 mol/L的鹽酸清洗色譜柱、0.01 mol/L的鹽酸洗脫色譜柱上的Y。分別測量吸附流出液、色譜柱清洗液、洗脫液中各元素的含量，研究7 mol/L條件下Y與其他元素分離條件。

2.6 90Y溶液純化和酸度調節工藝條件驗證

90YCl3模擬溶液(含有Y3+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Zn2+等)加入示蹤量的90Y，按照Fe3+與其他元素的分離條件，調節溶液鹽酸濃度至3 mol/L，加入至AE4色譜柱1，完成Fe3+的去除；除去Fe3+的反萃液模擬溶液鹽酸濃度調節至7 mol/L，加入至AE4色譜柱2，完成Y3+與其他金屬元素的分離，最后用 0.01 mol/L鹽酸溶液(體積與90YCl3模擬溶液相同)洗脫色譜柱2上的Y3+，得到純化后的90Y溶液。

在模擬溶液與純化后Y溶液體積相同的條件下，根據公式(5)和公式(6)，可分別計算出純化過程對某一金屬雜質的去污系數DF和去污率DE。

DF=C0/Ci

(5)

(6)

式中，DF、DE分別為同一元素的去污系數和去污率；C0為起始料液元素的濃度，μg/mL；Ci為純化后Y溶液中該元素的濃度，μg/mL。

3 結果與討論

3.1 金屬離子在AE4樹脂上的靜態分配系數

AE4樹脂在鹽酸體系下對Y3+、Fe3+、Al3+、Zn2+、Mg2+等離子的靜態分配系數列于表1。靜態分配系數的結果表明，只有Fe3+和Y3+在較高濃度的鹽酸溶液中才能被AE4樹脂吸附；其主要原因是鹽酸濃度較高的條件下，Fe、Y具有空價電子軌道的元素，可與溶液中的Cl-形成[FeCl4]-、[FeCl6]3-及[YCl4]-等絡陰離子[8-10]，從而可以被AE4樹脂吸附。

表1 AE4樹脂在不同濃度鹽酸體系下對各金屬離子的靜態分配系數Table 1 Partition coefficient of some metal element on AE4 resin in different concentration of acid solution

在鹽酸濃度較低時，由于不能形成絡陰離子，Fe3+、Y3+無法被AE4樹脂吸附；其他幾種金屬元素因無空價電子軌道，無法在鹽酸體系下形成絡陰離子，在低濃度和高濃度的鹽酸體系中均無法被AE4樹脂吸附。

注：本工作中，低濃度條件下利用ICP-OES進行溶液中金屬離子濃度測定時，對于溶液中濃度低于最低檢測限的金屬離子，仍以儀器檢測值為非負數時，以測定值進行計算，測定值為負數時，以最低檢測限值進行計算。儀器的檢測限和分析不確定度與文獻[13]值基本一致。

在濃度高于5 mol/L以上的HCl溶液中，Y可以被AE4樹脂吸附，且隨著酸度的增加而呈現出吸附量增加的趨勢；Fe3+在3 mol/L鹽酸溶液中，可以部分被AE4樹脂吸附，且隨著酸度的增加而呈現出吸附量增加的趨勢。該結果為高鹽酸濃度的90Y反萃液純化、酸度調節提供了基礎：利用AE4樹脂的色譜柱，先除去Fe3+，再通調節溶液的濃度并經過另一根AE4色譜柱，除去其他金屬雜質，最后用低濃度的HCl溶液，將90Y從色譜柱上洗脫，得到需要體系的90Y溶液。

靜態分配系數實驗的結果表明，適當的鹽酸濃度下，AE4樹脂對Y3+和Fe3+均有較強吸附能力：溶液中HCl濃度為3 mol/L時，可以實現Fe3+與其他金屬離子的分離；溶液中HCl濃度為5 mol/L以上時，可以實現Y3+與其他金屬離子的分離。

3.2 AE4色譜柱對90Y反萃液模擬溶液的初步分離純化

色譜柱對某一元素的吸附率可按照公式(7)計算：

(7)

分別對不同鹽酸濃度條件下AE4樹脂柱對吸附前、后溶液中各離子的濃度進行檢測，并根據公式(7)計算出各離子在對應酸度條件下在AE4樹脂上的吸附率，結果列于表2。結果表明，3～9 mol/L的鹽酸溶液中，Fe3+均可以完全被吸附在AE4樹脂上，吸附率均超過98%；Y3+在3 mol/L的鹽酸溶液中，基本不會被吸附，鹽酸濃度高于5 mol/L后，吸附率隨著鹽酸濃度升高而增加，鹽酸濃度超過7 mol/L時，Y3+的吸附率超過95%；Al3+、Mg2+、Zn2+等幾種離子在鹽酸體系下不會被AE4樹脂柱吸附。該結果與靜態分配系數的實驗結果一致。

利用AE4樹脂柱對90Y溶液的純化過程中，可以考慮先除去Fe3+，再除去Al3+、Mg2+、Zn2+等幾種離子，得到純化后的90Y溶液。

注：低濃度條件下利用ICP-OES進行上述元素測定時，對于溶液中未能檢測到的金屬離子，以儀器檢測該金屬離子的最低檢測限作為測定值進行計算，本工作使用的儀器的檢測限和分析不確定度與文獻[13]值基本一致。

3.3 AE4樹脂柱對Fe3+的吸附容量

溶液中鹽酸濃度為3 mol/L的條件下，AE4對Fe3+的吸附容量實驗結果示于圖1。由圖1可知，色譜柱在該條件下對Fe3+的動態體積超過70 mL，根據公式(4)計算，可得到1 g AE4在色譜柱狀態下對Fe3+的動態吸附量超過1.4 mg。遠大于利用萃取型90Y發生器獲得的37 GBq90Y反萃液中Fe3+的總含量(約為0.5 mg)，滿足90YCl3溶液純化過程中對Fe3+的吸附容量要求。

圖1 AE4樹脂柱在3mol/L鹽酸溶液中Fe3+的吸附曲線Fig.1 Adsorption curve of Fe in 3 mol/L hydrochloric acid solution with AE4 resin column

3.4 溶液中Fe的去除工藝

在溶液中鹽酸濃度為3 mol/L時，AE4樹脂柱只吸附溶液中的Fe3+，包括Y3+在內的其他金屬離子均不會被吸附。

溶液濃度為3 mol/L時，Fe3+與其他金屬離子分離的3次平行實驗結果列于表3。結果表明，該條件下，AE4樹脂對Fe3+的吸附率超過99%，說明該吸附條件下AE4樹脂可以完全吸附溶液中的Fe3+；在該條件下，AE4樹脂柱對于溶液中的其他元素基本不吸附，Fe3+在該條件下與其他幾種金屬元素可完全分離。

表3 3 mol/L 鹽酸體系下AE4樹脂柱對Fe3+的去除Table 3 Removal of Fe3+ by AE4 resin column under 3 mol/L hydrochloric acid system

3.5 溶液中Y3+與Al3+、Zn2+、Mg2+等雜質的分離

將除去Fe3+后的溶液鹽酸濃度由3 mol/L調節至7 mol/L，并通過另一根AE4樹脂柱。在該條件下，Y3+將被吸附在色譜柱上，其他幾種金屬雜質不會被吸附，可以實現Y3+與Al3+、Zn2+、Mg2+等雜質的分離。吸附Y3+的AE4樹脂柱用0.01 mol/L鹽酸溶液進行洗脫。分別測量色譜柱吸附余液、色譜柱清洗液和Y洗脫液中各金屬離子的含量。

Y3+與Al3+、Zn2+、Mg2+等雜質在AE4樹脂柱上的分離結果列于表4。分離的結果表明，在該分離條件下，Y3+與其他幾種金屬離子基本實現分離，洗脫液中其他幾種離子的濃度接近ICP-OES測量的本底值，分離后得到的YCl3溶液中各雜質金屬離子的濃度均符合醫用要求。

表4 Y3+與Al3+、Zn2+、Mg2+等雜質在AE4樹脂柱上的分離Table 4 Separation results of Y and Al3+,Zn2+,Mg2+ with AE4 resin column

3.6 Y的洗脫

利用AE4樹脂柱對7mol/L的HCl溶液吸附含有Y3+、Al3+、Zn2+、Mg2+混合溶液中的Y3+后，樹脂柱經20倍柱體積的7 mol/L的鹽酸清洗后，再分別用0.01 mol/L、0.1 mol/L和1.0 mol/L的鹽酸溶液對吸附在樹脂柱上的Y進行洗脫。

不同濃度的鹽酸進行Y洗脫的結果示于圖2，結果表明，濃度為0.01～0.1 mol/L的鹽酸溶液作為洗脫液時，Y從樹脂上洗脫的趨勢一致，前10 mL溶液均可以洗脫50%的Y；40 mL洗脫液的洗脫效率均接近90%。該結果也表明，Y是以絡陰離子的形式吸附在AE4樹脂上，當樹脂所處的溶液鹽酸濃度下降后，絡陰離子轉化為Y3+返回溶液中。在進行Y純化時，可根據需要選擇0.01～1.0 mol/L的鹽酸溶液對Y進行洗脫，得到適當鹽酸濃度的YCl3溶液。

圖2 不同濃度的鹽酸溶液洗脫Y的洗脫曲線Fig.2 The elution curve of Y with different concentrations of hydrochloric acid solution

3.7 90YCl3模擬溶液純化工藝條件驗證

90YCl3模擬溶液含有Y3+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Zn2+等金屬離子，吸附前溶液中的濃度依次為8.0、50、45、30、30 μg/mL。分別經AE4樹脂柱1除去Fe3+，AE4色譜柱2去除Al3+、Mg2+、Zn2+等金屬離子后，最后使用0.01 mol/L的HCl作為洗脫液洗脫樹脂柱上的90Y，得到純化后的90YCl3溶液。

實驗結果表明，經色譜柱1純化后的90Y模擬液中未檢測出Fe，色譜柱1對Fe3+的吸附率高于99.9%，表明3 mol/L的鹽酸體系可將90YCl3模擬溶液中所有的Fe3+去除。

色譜柱2純化后從樹脂柱上洗脫90Y的示蹤驗證實驗結果示于圖3，90Y的總回收率均超過85%。同時，該結果也表明，90Y主要集中在洗脫液的前20 mL，說明Y在鹽酸體系下形成的絡陰離子存在與否高度依賴于溶液中鹽酸的濃度，當鹽酸濃度降低后，絡陰離子分解并從AE4樹脂上洗脫并以90Y3+的形式重新返回至溶液中。

圖3 90Y示蹤驗證分離過程中90Y洗脫Fig.3 The 90Y elution experiment results during the 90Y tracer to verify separation process

90Y示蹤實驗樣品在90Y衰變后，使用ICP-OES測量樣品中各元素濃度的的結果示于圖4，Al、Zn、Mg等元素全部保留在吸附流出液和色譜柱淋洗液中，溶液中各元素在色譜柱上基本無吸附；Y基本上完全被吸附在色譜柱中，利用洗脫液可將Y洗脫下來，Y的洗脫峰與其他幾種元素的流出峰無交叉，根據純化前后各元素在溶液中的濃度測定值計算出去污系數和去污率(表5)，AE4純化過程對Fe3+、Al3+、Zn2+、Mg2+等幾種離子的去污率均高于99%，說明Y與其他金屬雜質可完全分離。

圖4 90Y示蹤驗證分離過程中各離子在溶液中的濃度Fig.4 The concentration of each element in the solution during the 90Y tracer to verify separation process

表5 純化過程對金屬離子的去污系數和去污率Table 5 Decontamination coefficient and decontamination rate of metal elements after a AE4 purification process

通過穩定核素和放射性核素示蹤驗證，確定AE4樹脂純化90Y溶液的具體工藝，將待純化的90Y溶液調節為3 mol/L鹽酸體系溶液，加入至AE4樹脂柱1，完成Fe3+的去除；AE4樹脂柱1的吸附余液鹽酸濃度調節為7 mol/L，加入至AE4樹脂柱2，完成90Y3+與其他金屬雜質的分離；最后用0.01 mol/L的鹽酸溶液洗脫吸附在AE4樹脂柱2上的90Y，得到純化后的90YCl3溶液。

4 結論

利用AE4樹脂為分離純化介質，采用兩根AE4樹脂柱，可用于含有Fe、Al、Mg、Zn等金屬元素雜質的90YCl3溶液的純化。穩定核素實驗和90Y放射性示蹤實驗結果均表明，以AE4為分離介質，純化后得到的90YCl3溶液金屬雜質限度符合醫用要求，90Y的總回收率均超過85%，AE4樹脂純化90Y溶液工藝可以滿足醫用90Y生產中的需要，可用于從90Sr/90Y分離提取的90Y溶液的純化。