第二章-医用放射性同位素

第二章医用放射性同位素目的：了解医用放射性核素的要求，制备方法，分离方法。目录：第一节概述一，医用放射性核素的要求二，医用放射性核素的分类三，放射性核素的若干特点四，其它分离法第二节医用放射性核素的来源一，反应堆生产医用放射性核素二，反应堆生产放射性核素三，从核燃料后处理中获得放射性核素四，从天然物质中提取放射性核素第三节放射化学分离方法一，放射化学分离中涉及的若干概念二，容积萃取法三，色谱法放射性核素已达2500余种,经常使用的有200多,其中医用的放射性核素最多.第一节概述一,医用放射性核素的要求:1.适宜的射线种类和能量:诊断药物:发射γ射线,高能x射线或正电子.供探测的γ射线衰变分支比要高,能量适宜.50-500Kev为好.治疗的放射性药物:发射α（6MeV)β射线(1MeV)或中子，不发射或少发射或X射线.α,β射线电离密度大，传能线密度高，相对生物效应强，因而治疗效果好。2.适宜的半衰期诊断：几个小时至几天。治疗：不能太短3.毒性小：体内所使用得放射性核素及其衰变产物毒性要小，且容易从体内廓清，以减少不必要的机体损伤。4.比活度和放射性纯度高二.医用放射性核素的分类按半衰期来分：长,中,短,超短半衰期的放射性核素;按用途来分类：显像，功能测定，体外分析和治疗的放射性核素;按射线种类来分:,X,,正电子发射,电子俘获(EC),中子辐射和同质异能跃迁(IT)等放射性核素.三.放射性核素的特点:1,微量和低浓2.吸附,共沉淀和胶体:吸附：指放射性核素从液相或气像转移到固体物质表面得过程。具有吸附作用的固体物质称为吸附剂.被吸附的物质称为吸附质.分类:化学吸附和物理吸附物理吸附:由于固体表面分子(或原子,离子)存在着剩余吸引力而引起的,如活性炭吸附水中的杂质以及带有相反电荷的粒子之间的静电吸附均属于物理吸附.化学吸附:是吸附剂与吸附质的原子,离子或分子之间的化学键力引起的,它只能吸附具有某种性质和结构的吸附质,因此化学吸附有选择性.练习:举例.吸附规律：具有可逆性。吸附能力与玻璃的种类有关与介质有关:在强酸性溶液中放射性核素不易被吸附,以阴离子状态存在的放射性核素的吸附是由范德华力引起的,因此吸附量也低.除了玻璃外,滤纸对某些放射性核素的吸附也很强.共沉淀：沉淀的条件：Ksp定义：在溶液中引入某种常量物质并使之沉淀时，微量放射性物质能被常量物质载带而一起自溶液转入沉淀，这就是放射性核素的共沉淀现象。A.类型：共结晶共沉淀：放射性核素分布在常量晶体的内部，与常量物质形成混晶而一起沉淀出来(或体积分配).吸附共沉淀:微量物质分布在常量物质晶体的表面而一起沉淀出来(或表面分配).B.共沉淀的应用：（分离提纯）在临床中,骨的主要成分是羟基磷灰石,如果将其中的OH-被18F-取代,形成共结晶共沉淀而进入羟基磷灰石的晶格中,用于骨显像.3、放射性胶体和放射性气溶胶A.特性：放射性胶粒：（比分子、离子的体积大）放射性胶体溶液中，分散介质是液体，分散相是由许多放射性分子或原子组成的聚集体（胶粒）。所有胶粒都有带有同一种电荷，相互排斥，不易凝聚，很稳定。a、不能透过半透膜（如羊皮纸、火棉胶等）和过细滤介质。b、扩散速度慢，扩散系数小，在超速离心场下沉淀。c、同位素交换能力下降，且呈不可逆性，许多则为离子、分子。d、能进行电泳和电渗析，在电介质作用下可凝聚和解聚。（因有电荷）e、放射性气溶胶可自发形成，浓度低，但电离效应强，经呼吸道进入人体，造成伤害(容易被网状内皮细胞吸收而牢固地积聚在体内,使放射性核素难以排除)。B.形成：真胶体：胶粒Φ10-9μm，其溶解度，溶液的pH值，及其中杂质影响形成。假胶体：直径大于真胶体胶粒、普通离心可沉淀。Po最易形成胶体，pH≤4HNO3中为假胶体；pH≥7HNO3液中为真胶体，大气中的氡。当微量放射性核素载溶液中生成难溶化合物时，由于其浓度太低，生成的晶核不能继续长大，因此不能以沉淀形式析出，就会形成胶体，这就是放射性真胶体。溶液中的微量放射性核素被吸附在非放射性杂志的胶体上，液形成放射性胶体，这种胶体是放射性假胶体。胶体的直径是1－200nm，就是放射性溶液；当放射性物质以1－105nm的粒径分散于气相中时，则形成放射性气溶胶。在医学中的应用:如:99Tcm的硫化物胶体就被用来进行网状内皮系统如肝，脾，骨髓的显像；而气溶胶可以通过呼吸道进入人体，且主要沉积在肺部，因此99Tcm－ＤＴＰＡ气溶胶就被用来进行肺显像．3.载体和无载体定义：凡能对微量物质起载带作用的常量物质都称为载体。同位素载体核非同位素载体载体在放射化学中用得很普遍。在沉淀，萃取分离过程中为了改善分离效果，往往会加入一些载体。4.辐射的化学效应在放射性核素自身发出的射线的作用下，含有放射性核素的体系会发生辐射化学变化：一是直接引起放射性制剂分解，二是自辐射分解产物通过加成，聚合，取代，进一步生成一些副产物。这对放射性核素的水溶液来说，十分重要．因为水分子在电离辐射的作用下，会发生一系列反应．•H2O----H2O++e-•（电离反应）•H2O----H2O*•（激发反应）•从而产生一系列氧化还原反应．•因此当使用高比活度的放射性核素时，就必须考虑这些辐射化学效应．•隔绝氧或加入稳定剂可延缓辐射氧化反应．第二节医用放射性核素的来源反应堆是中子源,热中子注量率达1012-1015cm-2.s-1。利用核反应堆强大的中子流轰击各种靶核，可以大量的生产医用放射性核素。优点：能同时辐照多种样品；辐照样品装量多，可以大量生产各种放射性核素；辐照时间可长可短；靶子制备容易；辐照操作简便，而且成本低。缺点：（1）反应堆生产的放射性核素，大多是丰中子核素，通常发生-衰变，而在核医学诊断上，则要求核素尽量不发射-射线；（2）核反应堆生产放射性核素主要是通过（n,)反应，（n,)反应的产物与靶元素属同一元素，利用化学性质难以将他们分开，因而其比活度大大降低。如31P(n,)32P,31P,32P为磷元素的同位素。反应堆生产放射性核素，主要是利用中子诱发的各种核反应，中子与靶核作用时，不存在库仑势垒，即使能量低的中子也能引起核反应，而且低能中子的反应截面可以很大，这是中子核反应的一个突出优点。用于放射性核素生产的中子核反应，主要有四类：1.（n,)反应分为以下几种情况：（1）通过（n,)反应，直接生产所需要的放射性核素。例如：59Co(n,)60Co(2)通过（n,)反应，再经核衰变生成所需要的放射性核素，例如：125I和131I的生产124Xe(n,)125Xe125I•(3)通过两次活两次以上连续的(n,)反应，生产所需的放射性核素。例如：通过中子辐照钨靶，186W连续两次(n,)反应，生成188W.•(4)通过(n,)反应，先制得“母体”核素，然后用快速分离方法，不断地从母体核素中分离出其衰变生产得子体核素。•（5）通过(n,)反应及其反应过程中的热原子反冲效应，分离得到高比活度的放射性核素。(n,)反应生产的医用放射性核素：24Na,51Cr,55Fe,59Fe,99Mo,125I,131I,133Xe,153Sm,198Au,203Hg.2.（n,f)反应3.（n,p)反应4.（n,α)反应（n,p),（n,α)反应生产的医用放射性核素：3H,14C,24Na,32P,35S,45Ca,58Co,64Cu二.加速器生产放射性核素.1.加速器生产放射性核素的特点:(1)短寿命的缺中子核素(2)大多以电子俘获或发射β+形式进行衰变(3)高比活度的无载体的核素(4)成本低,十分方便.2.核反应的选择1)质子引起的核反应,是加速器生产的主要核反应.2)氘核引起核反应三.从核燃料后处理中获得放射性核素第三节放射化学分离法共沉淀法,溶剂萃取法,色谱法,同位素交换法,电化学法,蒸馏法,快化学分离法。一.放射化学分离中涉及的若干概念1.分配系数(distributioncoefficient):D某一物质M在不相溶的两相中达到分配平衡,即在两相中的浓度不再变化时,它在两相中的总浓度之比称为分配系数.D=[M]Ⅰ/[M]Ⅱ2.分离系数(separationcoefficient):α分离系数α,是指样品中两种物质经过分离操作后分别在不相溶的两相中相对含量之比,它表示两种物质经过分离操作之后所达到的相互分离的程度.•α=[A]Ⅰ/[A]Ⅱ/[B]Ⅰ/[B]Ⅱ•α=DA/DB•α大于1或小于1,两种物质容易分离。•α=1，两种物质无法分离。3.化学收率(chemicalyield):YY=产品中欲分离核素的总量/原始样品中欲分离核素的总量放射性核素的收率可通过测定其活度来计算：Y=A/A0×100%4.净化系数(decontaminationfactor):DF又称去污系数或去污因子。DF=原始样品中某种放射性杂质的活度/产品中某种放射性杂质的活度。它是衡量分离过程某种放射性杂质去除程度的一个指标。二.溶剂萃取法(solventextraction)1.基本原理:是利用不同物质在互不相溶的水相和有机相中分配的不同达到彼此分离的一种方法。有机相：萃取剂＋稀释剂水相：被萃物质+酸＋盐2.萃取:把溶于水相的某种物质通过两相充分混合而转移到有机相的过程.3.反萃:把该物质从有机相返回水相的过程称为反萃。4.洗涤:为了提高萃取过程的分离效果,常用一定组成的水相溶液与萃取后的有机相再次混合,将其中的杂质反萃到水相中来,而所需的被萃取物质仍留在有机相,此过程称为洗涤。5.分配系数:D萃＝[M]有/[M]水(二)萃取条件的选择1.不同萃取剂和稀释剂的选择:对萃取剂的要求:(1)对欲萃取物的萃取容量大,分离系数大,选择性好,易于反萃取。(2)萃取反应速度快。(3)粘度小,与水的比重差别大,相分离好,不易形第三相或发生乳化。(4)化学稳定性和辐射稳定性好.(5)与水溶液的互溶性小.(6)毒性低,沸点高,挥发性小.常用的萃取剂：甲基异丁基酮（MIBK),磷酸三丁酯（TBP),二－（2-乙基已基磷酸）（HDEHP),三正辛胺（TOA),噻吩甲酰三氟丙酮（TTA),冠醚。对稀释剂的要求:粘度小,与水的比重差别大,挥发性低,与水的互溶性小,有利于改善萃取剂的物理化学性能.如：烷烃，芳烃类以及四氯化碳等2.水相条件的选择：理想的水相条件应使欲分离物的D萃足够大而杂质的D萃足够小.以得到较高的萃取率和α萃主要通过下述方法达到:(1)选择水相的适宜酸类和酸度.(2)加适宜的络合剂和盐类.(3)调节被萃取物的化学形态.3.萃取次数与相比的选择增加萃取次数和相比可提高萃取率.萃取次数以1-3次为宜,相比以0.5-2为宜.(三)色谱法1.定义(chromatography):它是利用混合物中各组分在固定相和流动相中亲和力的差异使各组分在两相之间分配不同来实现彼此的分离的，当流动相连续流经固定相时，各组分在两相间进行反复多次分配，从而使亲和力差别即使很微小的各个组分也能达到充分的分离。2.分类柱色谱法(columchromatography)(1)吸附色谱法(absorptioncolumnchromagraphy)基本原理:是利用溶液在通过装有吸附剂的柱子时,各组分由于吸附能力的不同而实现互相分离的.吸附剂的选择和预处理:可选用的吸附剂很多，其吸附性能和应用范围各不相同。常用于放射化学分离的有硅胶、氧化铝、活性碳和分子筛等，可针对被分离物质的特性及分离要求来进行选择。应注意吸附剂本身的物理化学性质，以防吸附剂发生溶解或与吸附质及其介质等发生化学反应。如氧化铝就有酸性（pH为3.5~4.5）、中性（pH为6.9~7.1）和碱性（pH为10~10.5）三种.选用时要注意与吸附质及其介质的酸碱性相适应。例如，用于99Mo-99Tcm发生器的吸附剂就是酸性氧化铝。吸附剂的表面性质（如比表面及活性等）与吸附剂的原料、制备工艺、粒度和含水量等因素有关。通常应选用粒度较小且均匀，比表面大，活性强的吸附剂。还要注意吸附剂表面的极性。一般带电离子和极性分子的分离宜选用极性吸附剂。