Радиохимия, 2019, т. 61, N 2, c. 159-167

159

Перспективы создания генератора ²²⁵Аc/²¹³Bi с использованием

гидроксидных неорганических сорбентов

^а Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19;

* e-mail: eidenisov@urfu.ru

^б Институт ядерных исследований РАН, 117312, Москва, пр. 60-летия Октября, д.7а

Получена 26.03.2018, после доработки 27.11.2018, принята к публикации 28.11.2018

УДК 546.797+546.87

Изучены сорбционные свойства гидроксидных неорганических сорбентов марки «Термоксид-5»

(Т-5) и «Термоксид-39» (Т-39), подвергнутых термической обработке при температуре от 100 до 950°С,

по отношению к радионуклидам подсемейства ²²⁵Ac в широкой области кислотности и солевого состава

раствора. Показано, что сорбенты марки Т-5 и Т-39 принципиально пригодны для создания как прямо-

го, так и обратного генератора ²²⁵Ac/²¹³Bi с активностью в сотни мКи ²²⁵Ac.

Ключевые слова: неорганические сорбенты, гидроксиды титана и циркония, сорбция,генератор

²²⁵Ac/²¹³Bi, прямой и обратный генераторы короткоживущих радионуклидов, радиационная устойчи-

вость.

DOI: 10.1134/S0033831119020138

Для терапии онкологических заболеваний ши-

вести в ближайшем будущем [5, 7]. Клиническая

роко применяют различные β- и α-активные радио-

практика подтвердила преимущества этих α-излу-

нуклиды. Терапевтическое воздействие радионук-

чающих препаратов в виде более высокой эффектив-

лидов обусловлено деструктивным по отношению

ности при меньшей токсичности для пациентов по

к раковым клеткам ионизирующим излучением.

сравнению с аналогичными β-эмиттерами.

При этом наибольшей эффективностью обладают

Следует отметить, что ²²⁵Ac в результате цепоч-

α-излучающие радионуклиды, сочетающие высо-

ки последовательных распадов испускает четыре α-

кую линейную передачу энергии (~100 кэВ/мкм) и

частицы и две β-частицы, при этом дочерний ²²¹Fr

короткий пробег в биологических тканях (50-90

имеет сравнительно большой период полураспада

мкм). Использование специфических векторов дос-

(4.9 мин) (рис. 1). Этого времени может быть дос-

тавки таких радионуклидов позволяет контролиро-

таточно для того, чтобы вырванный из актинийсо-

вать селективность терапии, что в сочетании с вы-

держащей молекулы за счет отдачи после испуска-

сокой цитотоксичностью α-излучения обеспечива-

ния первой α-частицы атом Fr удалился от места

ет адресное уничтожение даже отдельных раковых

назначения терапии на значительное расстояние.

клеток.

Такого недостатка не имеет ²¹³Bi, поэтому он более

предпочтителен для терапии.

Одними из наиболее перспективных α-эмит-

теров являются ²²⁵Ac (Т_1/2 =10 сут) и продукт его

На регулярной основе ²²⁵Ac получают генера-

распада - ²¹³Bi (Т_1/2 = 46 мин) (рис. 1). Препараты

торным способом из ²²⁹Th, который, в свою оче-

²¹³Bi и ²²⁵Ac на основе антитела HuM195mAb про-

редь, выделяют из выдержанного ²³³U, однако об-

тив лейкемии (AML) [1, 2], а также препараты ²¹³Bi

ращение с ²³³U ограничено требованиями нерас-

на основе антитела 9.2.27mAb против злокачест-

пространения делящихся материалов, и запасы его

венной меланомы [3, 4] и пептида Substance P про-

невелики. Суммарный ежегодный объем производ-

тив глиомы [5] успешно прошли фазу I клинических

ства ²²⁵Ac составляет примерно 63 ГБк (1.7 Ки) [8].

Эта величина достаточна для лечения лишь 100-

испытаний. Препарат

²¹³Bi-HuM195mAb прошел

200 пациентов [9], что не может удовлетворить

фазу I/II клинических испытаний против AML [6].

растущую потребность в ²²⁵Ac.

Ряд доклинических и клинических испытаний ра-

диофармпрепаратов с ²¹³Bi и ²²⁵Ac планируется про-

Иной метод получения ²²⁵Ac облучением при-

α, 2.09%

²⁰⁹Tl

β^-

2.2 мин

²²⁵Ac

²²¹Fr

²¹⁷At

²¹³Bi45.6 мин

²⁰⁹Pb

²⁰⁹Bi.

9.9 сут

4.9 мин

32.3 мс

3.25 ч

стаб.

β, 97.91%

4.2 мкс

²¹³Po

Рис. 1. Схема распада ²²⁵Ac.

160

Н. Д. Бетенеков и др.

Таблица

1. Основные физико-химические свойства

²²⁵Ac прочно удерживается сорбентом, а

²¹³Bi

сорбентов Т-5(450) и Т-39(950)

элюируют различными комплексообразователями

Параметр

Т-5(450)

Т-39(950)

[15, 16, 18, 19].

Химический состав, мол%

95% TiO₂,

96% ZrO₂,

2. Прямой генератор, в котором материнский

5% ZrO₂

4% Y₂O₃

²²⁵Ac прочно удерживается сорбентом, а ²¹³Bi нака-

Удельная поверхность, м²/г

150

пливается и концентрируется за счет отделения и

Механическая прочность, кг/см²

300 ± 60

620 ± 120

распада короткоживущего ²²¹Fr на втором сорбенте

Размер гранул, мм

0.2-0.4

0.063-0.1

[23].

Фазовый состав

Анатаз

Флюорит,

a = 5.12 Å

3. Обратный генератор, в котором периодически

накапливающийся ²¹³Bi селективно сорбируют из

родного Th протонами средних энергий (свыше

раствора ²²⁵Ac, а затем десорбируют для использо-

100 МэВ) [10, 11] был предложен в Институте

вания [17, 20, 21].

ядерных исследований РАН. Процедура химиче-

Прямой генератор наиболее удобен в клиниче-

ского выделения ²²⁵Ac [12] разработана там же с

участием МГУ им. М. В. Ломоносова и НИФХИ

ском применении, однако при наличии

²²⁷Ac в

им. Л. Я. Карпова. По этому методу имеется воз-

²²⁵Ac ужесточаются требования к содержанию

²²⁷Ac и продуктов его распада в элюате ²¹³Bi. Об-

можность получать большое количество ²²⁵Ac (бо-

лее 1 Ки за один 10-дневный сеанс) и в дальней-

ратный генератор может обеспечить такую очист-

ку, кроме того, в этом случае радиационная нагруз-

шем изготавливать генераторы ²²⁵Ac/²¹³Bi с высо-

ка на сорбент минимальна.

кой активностью. Аналогичные работы проводятся

и в других институтах, обладающих соответствую-

Исходная активность ²²⁵Ac {не более 2-4 ГБк

щими ускорителями протонов (Брукхейвенская и

(50-100 мКи) [24]} пока ограничивается как воз-

Лос-Аламосская национальные лаборатории в

можностями его производства, так и радиационной

США [13], TRIUMF в Канаде [14]). Недостатком

устойчивостью сорбентов, используемых в генера-

данного метода является наличие изотопной при-

торе. В то же время в некоторых случаях имеется

меси долгоживущего ²²⁷Ac (Т_1/2 = 21.7 года) - око-

необходимость в увеличении активности вводимо-

ло 0.1% на момент окончания облучения [10], что

го в организм ²¹³Bi {4-6 ГБк и выше (100-150 мКи)

затрудняет прямое применение ²²⁵Ac, однако не

[24]}. С ростом активности растут радиационные и

препятствует его использованию для генератора

радиолитические нагрузки на сорбент [25], поэто-

²²⁵Ac/²¹³Bi.

му использование более радиационно-устойчивых

неорганических сорбентов

[26] для генератора

В литературе описаны генераторные системы

²²⁵Ac/²¹³Bi на основе как ионообменных (AG MP-50,

²²⁵Ac/²¹³Bi представляется обоснованным.

AG 1; BioRad)

[15-18], так и экстракционно-

Целью настоящей работы является анализ пер-

хроматографических смол (Actinide Resin, UTEVA

спектив создания генератора ²²⁵Ac/²¹³Bi с использо-

Resin; Triskem Int.) [19, 20]. Наиболее исследован-

ванием подвергнутых термической обработке гид-

ным считается генератор ²²⁵Ac/²¹³Bi на основе ка-

роксидных неорганических сорбентов, отличаю-

тионообменной смолы типа AG MP-50, именно с

щихся особенно высокой радиационной устойчиво-

использованием таких генераторов проводятся

стью.

клинические испытания.

В противоположность обычно используемым

Экспериментальная часть

генераторным системам, в которых материнский

Исследовали неорганические сорбенты класса

радионуклид удерживается на генераторной колон-

ке (прямой генератор), а более короткоживущий

гидроксидов: сорбенты марок «Термоксид-5» (Т-5)

дочерний изотоп периодически вымывается, авто-

и «Термоксид-39» (Т-39) производства НПФ «Тер-

ры работ [17, 21, 22] разработали системы так назы-

моксид» (г. Заречный), а также для сравнения -

ваемых многоколоночных селективно-инверси-

сильноосновные аниониты Lewatit МР-500 и Purolite

онных генераторов (MSIG), в которых дочерний

А-460.

радионуклид прочно сорбируется, а материнский

Основные физико-химические свойства сорбента

остается в растворе (обратный генератор).

Т-5(450) и Т-39(950) приведены в табл. 1, здесь и

При этом все предложенные генераторные сис-

везде далее в скобках указана температура обработ-

темы ²²⁵Ac/²¹³Bi можно классифицировать следую-

ки.

щим образом.

Сорбенты марок «Термоксид» получают золь-

1. Прямой генератор, в котором материнский

гель-методом [26]. Для получения мелкодисперс-

Перспективы создания генератора ²²⁵Аc/²¹³Bi

161

ных гранул сорбента Т-39 использовали ультразву-

Таблица 2. Ядерно-физические характеристики ²⁰⁷Bi,

ковое диспергирование золя в раствор аммиака. При

²²⁵Ac и ²²⁸Ac [29]

исследовании сорбционных свойств образцы сор-

Радио-

Энергия,

Выход на

T_1/2

Номер ППП

бентов Т-5 отжигали при температурах 100-900°С,

нуклид

кэВ

распад, %

Т-39 - при 950°С в течение 6 ч.

76.54

72.7

²⁰⁷Bi

32.9 года

569.698

97.76

Все сорбционные эксперименты проведены в

1063.656

74.6

стеклянной посуде марки Пирекс. В экспериментах

338.4

использовали реактивы марок х.ч. и ч.д.а. В качест-

²²⁸Ac

6.6 ч

968.8

ве фонового электролита использовали растворы

1 (по ²²¹Fr)

218

11.6

²²⁵Ac

9.9 сут

хлорида аммония или натрия, а также нитрата на-

2 (по ²¹³Bi)

440

26.1

трия. Для стабилизации значения рН хлоридных

растворов в опытах с сорбентом Т-5 использовали

стеклянный флакон, добавляли раствор с требуе-

буферные смеси: для pH от 3 до 7 готовили ацетат-

мым значением pH и перемешивали на шейкере в

ный буферный раствор, с рН более 7 - боратный

течении 1 недели. Отличия в методике приводятся

буферный раствор по методике [27].

дополнительно при описании соответствующего

Для моделирования поведения ²¹³Bi и ²²⁵Ac ис-

эксперимента.

пользовали метки: ²⁰⁷Bi (в 1 моль/л HNO₃), ⁹⁰Sr/⁹⁰Y

Для определения доли Bi, связанного с частица-

(в 0.1 моль/л HCl). Высушенные радиоактивные

ми размером более 2-3 мкм, водный раствор висму-

препараты ⁹⁰Sr-⁹⁰Y в кюветах объемом по 0.5 мл

та (1 моль/л NH₄Cl в присутствии ацетатного буфе-

измеряли на радиометре УМФ-1500 сразу после

ра) с установленным значением pH фильтровали

окончания экспериментов и по прошествии 2 недель

самотеком через два бумажных фильтра «синяя лен-

при наступлении равновесия в генетической паре

та» и определяли относительное уменьшение актив-

⁹⁰Sr-⁹⁰Y. Первое измерение при определенных усло-

ности ²⁰⁷Bi.

виях дает информацию о поведении ⁹⁰Y, второе - о

поведении ⁹⁰Sr. В отдельных экспериментах исполь-

Степень сорбции S сорбентом, стеклом и долю

зовали ²²⁵Ac и ²²⁸Ac. ²²⁸Ac выделяли из раствора

фракции взвешенных частиц рассчитывали по фор-

²²⁸Ra, для разделения ²²⁸Ac и ²²⁸Ra использовали

мулам:

смолу Ln-resin [28]. ²²⁵Ac получали облучением при-

родного Th протонами с энергией 110 МэВ и выде-

S_{сорбент} = I_{сорбент}/I_{исх.точка},

(1)

ляли по известной методике [11] в Институте ядер-

S_стекло = I_стеклоK/I_{исх.точка},

(2)

ных исследований РАН.

α = I_{фильтра}/I_{исх.точка},

(3)

Радионуклиды ²⁰⁷Bi,

²²⁵Ac и 228Ac определяли

методом γ-спектрометрии [γ-спектрометр с детекто-

где I - скорости счета сорбента, исходной активно-

ром NaI(Tl), 63 × 63] во всех фазах, участвующих в

сти в точечной геометрии, стекла вмещающей по-

процессе межфазного распределения: в растворах,

суды, бумажного фильтра, имп/с; K - коэффициент

непосредственно на стекле колбы, на фильтре и в

пересчета из точечной геометрии в объемную при

сорбенте. При спектрометрическом определении

одинаковых активностях.

²⁰⁷Bi погрешность единичного измерения составляет

10-20%. При радиометрическом определении ⁹⁰Sr

Значение K_d рассчитывали по формуле

погрешность единичного измерения составляет

K_d = SV/[(1 - S)m],

(4)

~20%, ⁹⁰Y - ~30%.

Учитывали влияние геометрии на скорость счета,

где V - объем раствора, мл; m - масса сорбента, г.

находили коэффициент пересчета (K) для перехода

Для изучения динамики сорбции сорбент мас-

от одной геометрии к другой при одинаковой актив-

сой 0.3 г того или иного гранулометрического со-

ности, но при разной скорости счета: K = I_точка/I_обьем >

става загружали в стеклянную колонку с внутрен-

1, где I - регистрируемая скорость счета в точечной и

ним диаметром ~4 мм. Под небольшим избыточ-

объемной геометрии.

ным давлением через сорбент пропускали раствор

Радионуклиды ²⁰⁷Bi, ²²⁸Ac и ²²⁵Ac идентифициро-

с меткой или десорбирующий раствор со скоро-

вали по пикам полного поглощения (ППП), энергии

стью 1 мл/мин. Элюат собирали порциями, кото-

которых приведены в табл. 2.

рые незамедлительно измеряли на γ-спектрометре.

Сорбцию исследуемых радионуклидов в статиче-

Степень десорбции рассчитывали по формуле

ских условиях различными сорбентами изучали по

следующей методике. Навеску сорбента помещали в

D = I_{сорбент после}/I_{сорбент до},

(5)

162

Н. Д. Бетенеков и др.

где D - степень десорбции, I - скорость счета сор-

бента после и до десорбции, имп/с.

Кинетические зависимости представлены в ко-

ординатах -ln(1 - F)-t. Степень достижения равно-

весия F определяли по формуле F = S_t/S_∞, где S_t -

степень сорбции в момент времени t, S_∞ - степень

сорбции в равновесных условиях.

Результаты и обсуждение

Из табл. 1 видно, что прокаленный образец Т-39

приобрел существенно более высокую механиче-

скую прочность по сравнению с Т-5, а, следователь-

Рис. 2. Зависимость степени сорбции ²⁰⁷Bi от pH. Сорбент: 1 -

но, и большую радиационную устойчивость, при

А-460, 2 - Т-5(450), 3 - Т-5(900), 4 - МР-500; раствор ~1 моль/

л NH₄Cl; соотношение фаз, V/m, мл/г: 1, 4 - 100; 2, 3 - 660;

этом сохранил достаточно высокую удельную по-

время контакта фаз 1 неделя.

верхность.

В работе [30] для сорбента Т-5 методом потен-

циометрического титрования установлено три типа

ионогенных групп с различными значениями пока-

зателей рK_а и рK_b: для кислотных групп рK₁ = 7.8 ±

0.5, рK₂ = 10.2 ± 0.5, рK₃ = 11.0 ± 0.2; для основных

групп рK₄ = 6.5 ± 0.2, рK₅ = 4.5 ± 0,2, рK₆ = 2.7 ± 0.2.

Сорбент Т-5 отличается высокими значениями об-

менной емкости. Так, после обработки при 100°С

суммарная емкость по всем кислотным и основным

группам примерно равна 1.0 ммоль/г. При увеличе-

нии температуры обработки сорбентов Т-5 до 800°С

Рис. 3. Зависимость доли взвесей ²⁰⁷Bi от рН при последователь-

емкость по кислотным и основным группам умень-

ной фильтрации (2 фильтра синяя лента) одного и того же раство-

шается более чем на порядок, при этом остается

ра после выдержки раствора в течение 3 ч (1) и 2 недель (2).

только по одной обменной группе с емкостью по

катионам 0.03 и анионам 0.05 ммоль/г.

вание и сорбцию радионуклидов материалом посу-

Аналогичные результаты получены и для сор-

ды. Необходимо найти условия, при которых можно

бента Т-39, который также проявляет катионооб-

селективно удерживать на сорбенте либо Ac

менные свойства в щелочной среде и анионообмен-

(вариант прямого генератора), либо Bi (обратный

ные в кислой среде. При температуре обработки

генератор).

сорбентов Т-39 950°С емкость по катионам состав-

Как видно из рис. 2, все зависимости степени

ляет 0.02, а по анионам - 0.03 ммоль/г.

сорбции ²⁰⁷Bi от pH как неорганическими, так и ор-

Эти данные позволяют расчетным методом пред-

ганическими сорбентами выглядят сходным обра-

сказывать изменение рН водных растворов при кон-

зом. В слабокислой среде степень сорбции макси-

такте с навеской сорбента при заданном соотноше-

мальна и приближается к единице, а при увеличении

нии массы сорбента (m) и объема раствора (V), что

рН - уменьшается.

имеет важное технологическое значение.

С использованием метода фильтрации через бу-

С учетом того, что данные неорганические сор-

мажные фильтры определена доля Bi в водных рас-

бенты проявляют амфотерные свойства, являются

творах, связанного с частицами размером более 2-

слабокислотными катионитами и слабоосновными

3 мкм, а также определена зависимость степени

анионитами, в экспериментах использовали водные

сорбции Bi стеклом посуды в зависимости от рН.

растворы в широком диапазоне значений рН, кон-

Полученные данные представлены на рис. 3 и 4.

центраций солевого фона и комплексообразовате-

Для объяснения полученных закономерностей

лей.

проведены расчеты форм состояния Bi в хлоридных

Для достижения поставленной цели необходимо

и нитратных растворах с различными значениями рН

исследовать сорбцию Ac и Bi сорбентами Т-5 и Т-39

с использованием программы MEDUSA [31], резуль-

при различных значениях pH, десорбцию Bi кислы-

таты расчетов представлены на рис. 5. Из рис. 5 сле-

ми растворами, а также возможное коллоидообразо-

дует, что в хлоридных слабокислых растворах с

Перспективы создания генератора ²²⁵Аc/²¹³Bi

163

pH 5.2

pH 2.9

Рис. 6. Кинетические зависимости сорбции ²⁰⁷Bi неорганиче-

Рис. 4. Зависимость степени сорбции ²⁰⁷Bi стеклом посуды от

ским сорбентом Т-5(900) при различных значениях рН. Рас-

pH в присутствии различных сорбентов:

- А-460,

твор ~1 моль/л NH₄Cl, соотношение фаз V/m = 200 мл/г.

Т-5(450), 3 - Т-5(900), 4 - МР-500; раствор ~1 моль/л NH₄Cl;

смачиваемая площадь стекла, см²: 1, 4 - 26; 2, 3 - 43; время

pH следует, скорее всего, связать с повышенной

контакта фаз 1 неделя.

сорбционной способностью гидроксокомплексов

висмута по отношению к любым поверхностям. При

понижении ионной силы раствора (сорбция из рас-

твора 0.1 моль/л NH₄Cl) область образования частиц

оксихлорида висмута сдвигается влево, и отрица-

тельно заряженные хлоридные комплексы домини-

руют лишь при pH < 4.

Данные по коллоидообразованию Bi в подобных

условиях были приведены еще в начале прошлого

столетия в классических работах Панета и Годлев-

ского [32]. Ими было установлено, что продукты

распада Rn - изотопы Po, Bi и Pb - проявляют в

нейтральных растворах коллоидные свойства. Экс-

периментально доказано [32], что при pH > 5 суще-

ствуют как истинные, так и псевдоколлоиды.

На рис. 6 приведены данные по кинетике сорб-

ции Bi сорбентом Т-5(900) при pH 2.9 и 5.2 из хло-

ридных растворов. Первое значение pH выбрано как

соответствующее максимальной величине сорбции

всеми сорбентами в условиях отсутствия коллоидо-

образования и сорбции Bi стенками посуды. Значе-

ние pH 5.2 близко к максимуму сорбции стенкой

Рис. 5. Результаты расчета с помощью программы MEDUSA

посуды и проявления висмутом коллоидных

форм состояния Bi (10^-10 моль/л) в растворах с различными

свойств.

значениями рН при 25°С: а - NH₄Cl, С = 1 моль/л; б - NaNO₃,

С = 1 моль/л. На а: 1 - BiCl₃, 2 - BiCl_–, 3 - BiOCl, 4 - Bi(OH)₊,

Полученные данные свидетельствуют о том, что

5 - Bi(OH)₃, 6 - Bi(OH)_–. На б: 1 - Bi³⁺, 2 - Bi(NO₃)²⁺, 3 -

ход зависимостей сорбции от рН (рис. 2) и кинети-

Bi(NO₃)₊, 4 - Bi(OH)²⁺, 5 - Bi(OH)₂₊, 6 - Bi(OH)₃, 7 - Bi(OH)₄.

ческих кривых (рис. 6) типичен для гидроксидных

сорбентов и гидролизующегося сорбата [33, 34].

Одинаковый ход кинетических зависимостей при

ионной силой 1 моль/л и рН < 5 доминируют отри-

рН 2.9 и 5.2, вероятнее всего, связан с медленным

цательно заряженные хлоридные комплексы, что

превращением хлоридных комплексов в сорбирую-

заставляет предполагать одинаковый механизм по-

щиеся гидроксокомплексы висмута при рН 2.9 и с

глощения Bi как анионообменными смолами, так и

медленным превращением коллоидных и сорбиро-

гидроксидными сорбентами. В нейтральных раство-

ванных стеклом посуды форм в сорбирующиеся

рах при рН около 6 возможно образование истин-

гидроксокомплексы висмута при рН 5.2. Иначе го-

ных коллоидных частиц оксихлорида висмута, при

воря, наблюдается внешнекинетическое торможе-

рН более 6.5 начинают доминировать гидроксоком-

ние процесса сорбции Bi гидроксидными сорбента-

плексы висмута. Очевидно, что наблюдаемые зави-

ми [33, 34].

симости (рис. 3, 4) образования висмутом взвешен-

ных форм состояния и сорбции стеклом посуды от

В нитратных растворах гидролиз Bi происходит

164

Н. Д. Бетенеков и др.

Рис. 7. Зависимость сорбции от pH в координатах S-pH (а) и lgk_d-pH (б) при различной температуре прокаливания сорбента Т-5.

1 - ⁹⁰Sr, Т-5(450); 2 - ⁹⁰Y, Т-5(450); 3 - ⁹⁰Sr, Т-5(900); 4 - ⁹⁰Y, Т-5(900). Раствор ~1 моль/л NH₄Cl, соотношение фаз V/m = 330 мл/г,

время контакта фаз 1 неделя.

при более низком значении pH (рис. 5, б). При кон-

статических условиях (рис. 8). Сорбцию ²⁰⁷Bi и ²²⁸Ac

центрации нитрат-иона 1 моль/л уже при pH > 2 в

сорбентом марки Т-5(450) в зависимости от рН ис-

растворе доминируют гидроксокомплексы висмута.

следовали по иной методике без использования бу-

ферных растворов. В качестве исходного раствора

Из рис. 7 видно, что сорбция ⁹⁰Y и, по-видимому,

использовали меченные ²⁰⁷Bi и ²²⁸Ac растворы 0.5 и

Ac начинается для сорбентов Т-5(450) и Т-5(900)

0.1 моль/л HNO₃, значение рН которых пошагово

практически при одном и том же значении рН > 3.

изменяли титрованием раствором 0.1 моль/л NaOH.

Для сорбента Т-5(450) с ростом рН сорбция ⁹⁰Y ста-

При каждом значении рН начиная с рН 0.5 интен-

новится практически количественной при рН 5-6,

сивно перемешивали 20 мл раствора в течение

тогда как при рН > 7 сорбция ⁹⁰Y начинает умень-

20 мин на встряхивателе для установления сорбци-

шаться. Cорбция ⁹⁰Y на сорбенте Т-5(900) в тех же

онного равновесия с 1 г одного и того же сорбента

условиях значительно меньше 60%. Подобные зако-

Т-5(450). Затем раствор отделяли от сорбента декан-

номерности сорбции ⁹⁰Y получены и для сорбента

тацией и методом γ-спектрометрии определяли зна-

Т-39(950).

чение степени сорбции, объединяли раствор с сор-

Характер зависимостей сорбции ⁹⁰Sr от рН суще-

бентом и снова титровали 0.1 моль/л NaOH до сле-

ственно иной. В этом случае наблюдается сущест-

дующего значения рН и т.д.

венный сдвиг рН начала сорбции ⁹⁰Sr вправо в зави-

Из рис. 8 видно, что сорбция ²⁰⁷Bi при рН 2 из

симости от температуры обработки сорбента.

нитратных растворов (I ≈ 0.1 моль/л) становится

Значение K_d ⁹⁰Y (и, вероятно, Ac) в диапазоне рН

практически количественной и далее не изменяется

от 5 до 6.5 существенно выше 10³ мл/г, что позволя-

с ростом рН. Это подтверждает результаты модели-

ет проводить в этом диапазоне рН насыщение сор-

рования (рис. 5, б) и говорит о том, что прочность

бента Т-5 актинием, при этом целесообразно ис-

связи Bi с сорбентом Т-5 очень велика, и как ней-

пользовать сорбент Т-5 с возможно меньшей темпе-

тральные, так и щелочные растворы не могут обес-

ратурой прокаливания.

печить десорбцию Bi. Из рис. 8 также следует, что

зависимость степени сорбции ²²⁸Ac сорбентом Т-5

На основании полученных для ⁹⁰Y результатов

от рН такая же, что и для ⁹⁰Y на том же сорбенте

для выбранного сорбента Т-5(450) исследована

(рис. 7).

cорбция Bi и Ac в зависимости от pH (0.5-11.5) в

Мы также исследовали сорбцию ²²⁵Ac в статиче-

ских условиях сорбентом Т-5 из хлоридных раство-

ров (рис. 9). На основании полученных выше дан-

ных выбрали диапазон значений pH (5.5-7.3) со зна-

чительной сорбцией Ac (от 0.9 до 1.0). Результаты

сорбции ²²⁵Ac согласуются с данными для ²²⁸Ac и

⁹⁰Y. При pH 6.5-7.3 K_d Ac достигает 2·10³ мл/г, что

соответствует степени сорбции, близкой к 1.0.

Полученные данные, казалось бы, говорят о воз-

можности создания прямого генератора ²²⁵Ac/²¹³Bi

по варианту 1 с использованием сорбента Т-5 по

Рис. 8. Сорбция 207Bi и 228Ac сорбентом марки Т-5(450) в

зависимости от рН. Нитратный раствор (I

≈ 0.1 моль/л),

аналогии с генератором, основанном на использова-

соотношение фаз V/m = 20 мл/г, время контакта фаз 20 мин.

нии сильнокислотных катионообменных смол [9].

Перспективы создания генератора ²²⁵Аc/²¹³Bi

165

ния в обратном генераторе. В этом случае сорбцию

Bi следует проводить при рН 1-2 из азотнокислых

растворов, в которых образование гидроксоком-

плексов происходит при более низком значении pH,

чем в солянокислых.

Также полученные значения K_d ²²⁵Ac - до 2·10³ мл/г

(сорбент T-5, 1 моль/л NH₄Cl) -позволяют предпола-

гать пригодность исследуемых гидроксидных сор-

бентов для создания прямого генератора, в котором

материнский актиний прочно удерживается сорбен-

том, а ²²¹Fr легко смывается с этого сорбента рас-

Рис. 9. Зависимость коэффициента распределения ²²⁵Ac от рН

для сорбента марки Т-5(450). Раствор - буфер ~1 моль/л

твором 1 моль/л NH₄Cl и может быть количествен-

NH₃/NH₄Cl, соотношение фаз V/m = 40 мл/г.

но извлечен на второй колонке с ферроцианидным

сорбентом (проверено в отдельных экспериментах с

¹³⁷Cs), при этом ²¹³Bi накапливается и концентриру-

ется за счет отделения и распада короткоживущего

²²¹Fr на второй колонке. В этом случае удерживание

сорбентом материнского Ac должно быть выше,

чем для прямого генератора по варианту 1, посколь-

ку существенно увеличиваются объемы элюата,

прокачиваемого через сорбент в режиме рециркуля-

ции.

Однако поиск условий селективной десорбции

²¹³Bi с генератора ²²⁵Ac/²¹³Bi с использованием сор-

бента Т-5 не привел к желаемым результатам. Ис-

Рис. 10. Зависимость степени десорбции Bi с сорбента Т-5 с

различной температурой прокаливания, насыщенного висму-

пользование растворов 0.2 моль/л ЭДТА и цитрата

том при различных значениях рН, от объема 1 моль/л HCl

натрия с рН ≈ 3 и ≈ 5.3 показало возможность вы-

(N_.

- число колоночных объемов). 1 - Т-5(450), рН 3.0; 2 -

мывания Bi не более 40-50%. Более полное вымы-

Т-5(450), рН 5.2; 3 - Т-5(900), рН 3.0; 4 - Т-5(900), рН 5.2.

вание Bi удается достичь только при использовании

раствора 1 моль/л HCl (рис. 10). Как видно из

рис. 10, фронт вымывания Bi с Т-5 с различной тем-

пературой прокаливания раствором 1 моль/л HCl

сильно затянут, за 10 колоночных объемов (к.о.)

вымывается только 70-75% Bi, кроме того, этим же

раствором будет неизбежно десорбироваться и Ac.

Дополнительные доказательства в пользу невоз-

можности создания классического прямого генера-

тора с использованием слабокислотных гидроксид-

ных сорбентов получены в экспериментах с мелко-

зернистым сорбентом Т-39(950). В отличие от пре-

Рис. 11. Динамика сорбции ²⁰⁷Bi сорбентом Т-39(950) с разме-

ром сферических гранул 65-80 мкм в зависимости от рН и

дыдущих экспериментов данные рис. 11 получены в

состава раствора. 1 - 0.1 моль/л NaNO₃; 2 - 0.1 моль/л NaCl +

условиях динамики сорбции. Как видно из рис. 11,

0.1 моль/л KI; соотношение фаз V/m = 20 мл/г.

при рН > 1 сорбция ²⁰⁷Bi сорбентом Т-39(900) про-

текает количественно из растворов

0.1 моль/л

NaNO₃, тогда как в растворах смеси хлоридов и ио-

Такой генератор с закрепленным на сорбенте ²²⁵Ac

дидов в кислой среде сорбция Bi отсутствует, а в

должен позволять проводить многократную селек-

нейтральных растворах становится полной. Это, с

тивную десорбцию ²¹³Bi и назван прямым генерато-

одной стороны, говорит о перспективности исполь-

ром. В этом варианте генератора ²²⁵Ac/²¹³Bi для об-

зования кислых растворов хлоридов, или смеси хло-

ласти pH 5.5-7.3 (1 моль/л NH₄Cl) необходимо по-

ридов и иодидов, для эффективной десорбции Bi с

добрать условия селективной десорбции Bi с сор-

сорбента Т-39(950). С другой стороны, эти же дан-

бента.

ные говорят о невозможности разделения Ac и Bi в

Ввиду склонности Bi к гидролизу исследуемые

нейтральных растворах с использованием изучен-

гидроксидные сорбенты пригодны для использова-

ных гидроксидных сорбентов.

166

Н. Д. Бетенеков и др.

на полимерной матрице - низкой радиационной и

радиолитической стойкости. Прямые и обратные

генераторы на их основе являются альтернативой

для используемых в настоящее время прямых гене-

раторов на основе катионообменного сорбента AG

MP-50. Возможно, именно такие прямые и обрат-

ные генераторы на основе неорганических сорбен-

тов с высокой активностью ²²⁵Ac (сотни мКи) спо-

собны обеспечить широкое применение ²¹³Bi в ме-

дицине.

Рис. 12. Кривые десорбции Bi с сорбента Т-39(950) раствором

1 моль/л HCl: 1 - интегральная, 2 - дифференциальная.

Исследование выполнено за счет гранта Россий-

ского научного фонда (проект N 17-73-10465) с ис-

Селективная сорбция Bi гидроксидными сорбен-

пользованием оборудования Центра коллективного

тами в кислых нитратных растворах соответствует

пользования ИЯИ РАН (Соглашение с Минобрнау-

началу гидролиза Bi (рис. 5, б) и объясняется особо

ки N 14.621.21.0014, уникальный идентификатор

высокой специфичностью гидроксидных сорбентов

работ RFMEF162117X0014).

к гидролизованным ионам [33, 34].

Для десорбции Bi с сорбента Т-39(950) примерно

Список литературы

в одинаковой степени подходят растворы 1 моль/л

HCl и 0.1 моль/л HCl + 0.1 моль/л HI (рис. 12).

[1] Jurcic J. G. et al. // Blood. 2002. Vol. 100. P. 1233-1239.

[2] Miederer M. et al. // J. Nucl. Med. 2004. Vol. 45. P. 129-137.

Полученные данные однозначно свидетельству-

[3] Allen B. J. et al. // Curr. Radiopharm. 2008. Vol. 1. P. 240-

ют о невозможности создания прямого генератора

250.

[4] Allen B. J. // Phys. Med. Biol. 2007. Vol. 52. P. L15-L19.

²²⁵Ac/²¹³Bi в варианте 1 с использованием изучен-

[5] Chérel M., Barbet J. Alpha Emitting Radionuclides and Ra-

ных гидроксидных сорбентов, тогда как в вариан-

diopharmaceuticals for Therapy: IAEA-TM-44815. 2013.

те 2 прямого генератора и обратном генераторе

[6] Rosenblat T. L. et al. // Clin. Cancer Res. 2010. Vol. 16, N 21.

(вариант 3) их использование обещает быть пер-

P. 5303-5311.

спективным.

[7] https://clinicaltrials.gov/

[8] Apostolidis C. et al. // Anal. Chem. 2005. Vol. 77. P. 6288-

В случае варианта 2 предполагается сорбировать

6291.

Ac и Bi сорбентом T-5(450) из растворов с pH 5.5-

[9] Morgenstern A., Bruchertseifer F., Apostolidis C. // Curr.

Radiopharm. 2011. Vol. 4. P. 295-305.

7.3 (1 моль/л NH₄Cl), а затем в течение необходимо-

[10] Ermolaev S. V., Zhuikov B. L., Kokhanyuk V. M. et al. // Ra-

го промежутка времени в режиме рециркуляции

diochim. Acta. 2012. Vol. 100. P. 1-7.

элюировать с колонки ²²¹Fr с одновременным его

[11] Жуйков Б. Л., Калмыков С. Н., Ермолаев С. В. и др. // Ра-

концентрированием на второй колонке с ферроциа-

диохимия. 2011. Т. 53, N 1. C. 66-72.

нидным сорбентом. При распаде ²²¹Fr можно полу-

[12] Aliev R. A. et al. // Solvent Extr. Ion Exch. 2014. Vol. 32, N 5.

P. 468-477.

чить конечный продукт ²¹³Bi на ферроцианидном

[13] Weidner J. W. et al. // Appl. Radiat. Isot. 2012. Vol. 70, N 11.

сорбенте, который десорбируют раствором 1 моль/л

P. 2602-2607.

HCl.

[14] Hoehr C. et al. // Phys. Procedia. 2017. Vol. 90. P. 200-208.

[15] Boll R. A., Mirzadeh S., Kennel S. J. et al. // J. Label. Compd.

Для варианта 3 с обратным генератором опти-

Radiopharm. 1997. Vol. 40. P. 341.

мальной является селективная сорбция Bi из раство-

[16] McDevitt M. R., Finn R. D., Sgouros G. et al. // Appl. Radiat.

ра 0.01-0.1 моль/л HNO₃ сорбентами T-5(450) или

Isot. 1999. Vol. 50, N 5. - P. 895.

Т-39(950), а затем десорбция 1 моль/л HCl или

[17] Bray L. A., Tingey J. M., DesChane J. R. et al. // Ind. Eng.

Chem. Res. 2000. Vol. 39, N 9. P. 3189.

0.1 моль/л HCl + 0.1 моль/л HI. Из этих двух сорбен-

[18] Гусева Л. И., Догадкин Н. Н. // Радиохимия. 2009. Т. 51,

тов предпочтение следует отдать Т-39(950), кото-

N 2. С. 148-152.

рый имеет существенно меньший размер гранул и

[19] Wu C., Brechbiel M. W., Gansow O. A. // Radiochim. Acta.

при рН 1 позволяет достигать 100%-ного извлече-

1997. Vol. 79. P. 141.

[20] McAlister D. R., Horwitz E. P. // Appl. Radiat. Isot. 2009.

ния Bi из 5 мл раствора с помощью навески сорбен-

Vol. 67, N 11. P. 1985.

та 50 мг. Для указанной навески сорбента Т-39(950)

[21] Цупко-Ситников В. В. Актиний-225: получение радионук-

объем сорбента составит 0.025 мл (насыпная масса

лида, электромиграционные и ядерно-спектроскопиче-

сорбента 2 г/см³), тогда в соответствии с данными

ские исследования: Дис

к.х.н. Дубна, 1997.

рис. 12 в 10 к.о. (0.25 мл) можно десорбировать бо-

[22] Bray L. A., DesChane J. R. Patent US 5749042. 1998.

[23] Ермолаев С. В., Скасырская А. К. // Тез. докл. VIII Всерос.

лее 90% Bi. Неорганические гидроксидные сорбен-

конф. по радиохимии «Радиохимия-2015». Железногорск,

ты лишены существенного недостатка экстракцион-

2015. С. 442.

но-хроматографических и ионообменных сорбентов

[24] Morgenstern A., Krolicki L., Kunikowska J. et al. // J. Nucl.