CS-30回旋加速器制备111In

李顺涛，杨远友,*，廖家莉，侯德燕，高 进，田 园杨吉军，唐 军，文永安，刘 宁

1.四川大学 原子核科学技术研究所 辐射物理及技术教育部重点实验室，四川 成都 610064；2.四川明欣药业有限责任公司，四川 成都 610041；3.国科戎安(北京)生物医药研究院，北京 100037

CS-30回旋加速器制备111In

李顺涛1，杨远友1,*，廖家莉1，侯德燕3，高 进3，田 园3
杨吉军1，唐 军1，文永安2，刘 宁1

1.四川大学 原子核科学技术研究所 辐射物理及技术教育部重点实验室，四川 成都 610064；
2.四川明欣药业有限责任公司，四川 成都 610041；3.国科戎安(北京)生物医药研究院，北京 100037

在四川大学CS-30回旋加速器上通过核反应NatCd(p，xn)111In进行了制备放射性核素111In的研究。实验选用高纯度的天然镉作为靶材料，并采用电沉积法制备靶件，研究了辐照靶件的溶解以及放射化学分离方法。结果表明，采用26 MeV的质子轰击天然靶件，并采用CL-P204树脂将In与Cu2+、Cd2+、Zn2+等杂质进行分离，可以得到产额(EOB 48 h，即轰击结束48 h后)约为25～28 MBq/(μA·h)的111In，其放射性核素纯度大于99%，Cu2+和Cd2+等化学杂质总质量浓度小于8.0 mg/L。

111In；CS-30回旋加速器；CL-P204树脂

111In的半衰期为67 h，在衰变过程中释放出能量为173 keV和247 keV的γ射线，是较为理想的医用诊断放射性核素。111In能与许多有机配体形成稳定配合物，如亲肿瘤的111In药品111In-DOPAMINE、111In-OCTRETIDE和111In-单克隆抗体等，在医学上具有重要的应用价值[1-3]。为此，本研究拟利用天然靶件制备放射性核素111In，并进行核反应的选择、靶件制备、模拟靶件辐照的放射化学分离、靶件的辐照、靶件辐照后的放射化学分离以及最佳分离条件的探索。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CS-30回旋加速器，美国TCC公司；CAAM-2001型原子吸收光谱仪，北京浩天晖科贸有限公司；SPECTRO ARCOS型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)，德国斯派克分析仪器公司；BS201S电子天平，最大测量量度210 g，精度0.1 mg，德国Sartorius公司；FH463A智能定标器，北京核仪器厂；0～15 V/1 A两路直流稳流电源，广州邮科电源；电沉积槽槽体材料为聚四氟乙烯，外部尺寸为：16 cm×7 cm×7 cm，内部尺寸为13 cm×4.5 cm×4.5 cm;GEM30P4-76型HPGe γ能谱仪，美国ORTEC公司。

P204树脂柱：称取6.5 g P204树脂(CL-P204树脂，粒径大小为75～120 μm，北京化工冶金研究院提供)，用蒸馏水清洗后，湿法装柱(φ7 mm×80 mm)。先用约50 mL 7.0 mol/L的HNO3淋洗，再用约30 mL 3.0 mol/L的HCl淋洗过柱，最后用蒸馏水清洗至中性，重复上述步骤3次，备用。

硫酸镉(Cd3O12S3·8H2O)、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、无水乙醇、盐酸(HCl质量分数为36%～38%)、硝酸(HNO3质量分数为65%～68%)，分析纯，成都市科龙化工试剂厂；氯化铟(InCl3)，分析纯，阿拉丁试剂公司；硫酸铜(CuSO4·5H2O)，分析纯，成都化学试剂厂；苯酚(C6H5OH)，分析纯，重庆北培精细化工厂。

1.2 实验方法

1.2.1 靶件的制备 电镀液[4-6]成分如下：ρ(Cd2+)=52.5 g/L、c(H2SO4)=0.8 mol/L、ρ(C6H5OH)=6.0 g/L、V(C2H5OH)/V总=1∶5。将铜靶置于电沉积槽中，阳极为Pt丝，阴极为铜衬底，U=3.5 V，I=100 mA，电镀时间为5～6 h。得到的靶质量约为1.0～1.5 g，大小为10 cm×2 cm，质地均匀致密，光滑且镀层厚度适中。

1.2.2 靶件的辐照 在四川大学原子核科学技术研究所的CS-30回旋加速器上采用26 MeV质子对靶件进行辐照，辐照束流25～30 μA，辐照时间2 h。

1.2.3 靶件的溶解 采用未辐照的电镀靶件(模拟靶件)进行实验，并且采用不同浓度的HNO3进行溶解，根据溶解时间、镉溶解量以及反应剧烈程度等确定溶解靶件的HNO3浓度和溶解时间。

1.2.4 模拟靶件的分离方法 模拟液的配制[7-8]：配制1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3溶液，并在其内加入金属离子，使Cd2+、Cu2+、Zn2+、In3+质量浓度分别为50.0 g/L、10.0 g/L、 5.0 mg/L、5.0 mg/L，此时的溶液相当于对应浓度HNO3溶解辐照靶件的溶液。先用对应浓度的HNO3酸化P204树脂柱，平衡柱床，取20 mL模拟溶液，加入109Cd和111In作为示踪核素，摇匀后滴加上柱，然后分别用40 mL的1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L的HNO3洗脱Cd2+、Cu2+、Zn2+，收集洗脱液，作对应浓度Cd2+、Cu2+、Zn2+的洗脱曲线和洗脱率计算；然后用30 mL左右的1.0、3.0、5.0、7.0 mol/L的HCl来解吸In3+，收集解吸液，做对应浓度的In3+的解吸曲线和解吸率计算。根据实验结果确定HNO3洗脱Cd2+、Cu2+、Zn2+的洗脱浓度和解吸In3+的解吸浓度[2-3]。

1.2.5 辐照靶件的放射化学分离 辐照靶件的放射化学分离与模拟料液的放射化学分离方法相同。辐照靶件采用模拟靶件确定好的HNO3浓度和时间进行溶解，溶解液上P204树脂柱，将其先用40 mL左右选定浓度的HNO3淋洗过柱，除去大量的Cu2+、Cd2+以及少量的Zn2+，再用20 mL左右选定浓度的HCl解吸In3+，并用HPGe γ能谱仪对解吸下来的In3+溶液进行检测。

2 结果与讨论

2.1 核反应的选择和辐照条件的确定

111In的生产方法主要有以下3种[9-10]：(1)111Cd(p，n)111In要求质子流的能量约为4～15 MeV；(2)112Cd(p，2n)111In要求质子流的能量约为16～22 MeV，并且112Cd需要富集；(3)109Ag(α，2n)111In要求α粒子流能量约为15～30 MeV。根据国内外的研究状况以及四川大学原子核科学技术研究所CS-30回旋加速器的性能指标，选择质子轰击电镀靶件来制备核素111In：NatCd(p，xn)111In，质子流的能量约为26 MeV，束流约为25～30 μA，辐照时间为2 h，辐照靶冷却24 h后，再进行溶解与放射化学分离。

2.2 辐照靶件的溶解

采用不同浓度HNO3溶解模拟靶件的结果列于表1。表1结果表明，用1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3溶解1.2～1.5 g模拟靶件，室温下，当HNO3浓度为5.0 mol/L、用量50 mL、溶解时间为3 min时溶解效果最佳。根据模拟靶件的溶解结果，辐照靶件冷却24 h后用50 mL的5.0 mol/L HNO3溶解3 min后，再进行放射化学分离。

表1 HNO3浓度与靶件溶解的关系Table 1 Effect of HNO3 concentration and solution on the Cd

2.3 模拟靶件的放化分离结果

2.3.1 Cd2+的洗脱曲线和洗脱率 按1.2.4节方法收集洗脱液后，用智能定标器进行计数，计算放射性109Cd的洗脱率，并且描绘Cd2+的洗脱曲线，结果示于表2和图1。表2结果表明，在1.0、3.0、5.0 mol/L HNO3淋洗情况下，109Cd的洗脱率可达95%～96%，可选5.0 mol/L HNO3作为Cd2+的淋洗条件。从图1可以看出，不同浓度HNO3淋洗情况下，Cd2+的洗脱曲线趋势一致， Cd2+的洗脱主要发生在5～35 mL，35 mL后，Cd2+的洗脱完全。

表2 HNO3浓度与Cd2+洗脱率的关系Table 2 Effect of HNO3 concentration and the elution of Cd2+

2.3.2 Cu2+的洗脱曲线和洗脱率 按1.2.4节收集洗脱液后，用原子吸收法测量Cu2+的洗脱率，并且描绘Cu2+的洗脱曲线，结果示于表3和图2。由表3结果可知，在1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mol/L HNO3淋洗情况下，Cu2+的洗脱率均在100%以上，根据Cd2+的淋洗条件同样可选5.0 mol/L HNO3作为Cu2+的淋洗条件。从图2可以看出，在不同浓度HNO3淋洗情况下，Cu2+的洗脱曲线趋势一致，Cu2+的洗脱主要发生在5～28 mL，35 mL后，Cu2+的洗脱完全。

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0图1 不同浓度HNO3淋洗Cd2+的洗脱曲线Fig.1 Elution profile of Cd2+ with different concentration of HNO3

表3 HNO3浓度与Cu2+洗脱率的关系Table 3 Effect of HNO3 concentration and the elution of Cu2+

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0图2 不同浓度HNO3淋洗Cu2+的洗脱曲线Fig.2 Elution profile of Cu2+ with different concentration of HNO3

2.3.3 Zn2+的洗脱曲线和洗脱率 按1.2.4节收集洗脱液后，用ICP-OES测量Zn2+的洗脱率，并且描绘Zn2+的洗脱曲线，结果示于表4和图3。由表4结果可知，在1.0、3.0 mol/L HNO3淋洗情况下，Zn2+的洗脱率均在100%以上，在5.0 mol/L HNO3淋洗情况下Zn2+洗脱率可达97%以上，根据Cd2+、Cu2+的淋洗条件，同样选取5.0 mol/L HNO3作为Zn2+的淋洗条件。从图3可以看出，在不同浓度HNO3淋洗情况下，Zn2+的洗脱曲线趋势一致， Zn2+的洗脱主要发生在5～30 mL，35 mL后，Zn2+的洗脱完全。

表4 HNO3浓度与Zn2+洗脱率的关系Table 4 Effect of HNO3 concentration and the elution of Zn2+

c(HNO3)，mol/L：■——1.0，●——3.0▲——5.0，▼——7.0，◆——9.0图3 不同浓度HNO3淋洗Zn2+的洗脱曲线Fig.3 Elution profile of Zn2+ with different concentration of HNO3

2.3.4 In3+的解吸曲线和解吸率 按1.2.4节收集解吸液后，用智能定标器进行计数统计，计算放射性111In的解吸率，并且描绘In3+的解吸曲线，结果示于表5和图4。由表5结果可知，在3.0 mol/L HCl解吸情况下，111In的解吸率为96.72%；在7.0 mol/L HCl解吸情况下111In解吸率可达97.44%；选取3.0 mol/L HCl作为In3+的解吸条件。从图4可以看出，在不同浓度HCl解吸情况下，In3+的解吸曲线趋势一致，In3+的解吸主要发生在5～10 mL，12 mL后，In3+的洗脱已经完成，收集5～10 mL的解吸液作为本工作的目标产物。

表5 HCl浓度与In3+解吸率的关系Table 5 Effect of HCl concentration and the desorption of In3+

c(HCl)，mol/L：■——1.0，●——3.0，▲——5.0，▼——7.0图4 不同浓度HCl淋洗In3+的解吸曲线Fig.4 Elution profile of In3+ with different concentration of HCl

根据模拟靶件放化分离实验结果，确定辐照靶件的放射化学分离步骤如下：P204树脂柱先用5.0 mol/L的HNO3进行酸化，平衡柱床，再将辐照靶件的溶解液上柱，然后将其先用40 mL左右的5.0 mol/L HNO3淋洗过柱，除去大量的Cu2+、Cd2+以及少量的Zn2+再用20 mL左右3.0 mol/L HCl解吸In3+。

2.4 辐照靶件的放化分离结果

按照1.2.5节进行辐照靶件的放射化学分离，共进行了2次，其结果列于表6和表7。从表6可知，辐照靶件经放射化学分离后，其放射性活度达到1.48×109Bq左右，产额可达25 MBq/(μA·h)以上。表7结果表明，辐照靶件经放射化学分离后Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Pb4+、Fe3+等杂质的总质量浓度在8.0 mg/L以下，主要杂质为Cu2+、Cd2+和Fe3+，其质量浓度也都在3.0 mg/L以下。

表6 热实验结果Table 6 Radiation experiment data for 111In production on cyclotron-30

表7 分离纯化后的杂质元素含量Table 7 Content of chemical elements after purification

图5为辐照后48 h时(EOB 48 h)解吸液的γ能谱。图5表明，γ能谱上只有111In(174.88、248.51、559.80 keV)、110Inm(658.67、884.00 keV)、114Inm(725.36 keV)和116Inm(418.52 keV)的能谱峰，其放射性核素纯度可达99.6%以上。表8为辐照后不同时间解吸液的放射性核素纯度变化。从表8可知，即使在辐照后120 h，其解吸液的放射性核素纯度仍在99.0%以上。

图5 辐照后48 h解吸液的γ能谱Fig.5 γ energy spectrum of In3+ elution solution at EOB 48 h

表8 分离后淋洗液放置不同时间In同位素的放射性核素纯度Table 8 Radionuclide purity of 111In products different time after separation

上述结果表明，本实验方法能完全将In3+与Cu2+、Cd2+、Zn2+等杂质分离开来，即P204树脂能将In3+与Cu2+、Cd2+、Zn2+等杂质分离。分离后111In的放射性核素纯度可达99.0%以上，其Cu2+、Cd2+、Zn2+等杂质总质量浓度在8.0 mg/L以下。

3 结 论

本研究根据四川大学原子核科学技术研究所CS-30回旋加速器的性能参数以及研制成本，选择了制备111In的合适核反应：NatCd(p，xn)111In；开展了辐照靶件放射化学分离的冷实验研究，确定了溶靶和Cu2+、Zn2+、Cd2+的分离，以及In3+的解吸等工艺参数，确定了最佳的洗脱和解吸条件；进行了靶件的辐照和热实验研究，靶件的辐照采用26 MeV质子，束流为25～30 μA，辐照时间2 h，辐照靶冷却24 h后用5.0 mol/L HNO3在室温下溶解，用粒径大小为75～120 μm的CL-P204树脂实现Cu2+、Zn2+、Cd2+与In3+的完全分离。使用本方法得到的111In在EOB 48 h后放射性核素纯度大于99.6%，总的化学杂质质量浓度小于8.0 mg/L，In3+的解吸率大于96.0%。

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Preparation of111In on CS-30 Cyclotron

LI Shun-tao1, YANG Yuan-you1,*, LIAO Jia-li1, HOU De-yan3, GAO Jin3, TIAN Yuan3, YANG Ji-jun1, TANG Jun1, WEN Yong-an2, LIU Ning1

1.Key Laboratory of Radiation Physics and Technology of Education Ministry of China, Institute of Nuclear Science and Technology, Sichuan University, Chengdu 610064, China; 2.Sichuan Medshine Pharmaceutical Co., Ltd., Chengdu 610041, China;
3.The National Science Rongan (Beijing) Biological Medicine Research Institute, Beijing 100037, China

111In was prepared on the CS-30 cyclotron in Sichuan University via nuclear reactionNatCd(p,xn)111In with natural cadmium target by electro-deposition method. The procedures of dissolution and radiochemical separation of the irradiated cadmium target were investigated. The results indicate that the111In of 25-28 MBq/(μA·h) can be obtained using the proton of 26 MeV bombarded on the natural cadmium target, with radiochemical separation of Cu2+, Cd2+, Zn2+, and In by adopted CL-P204 resin. The radionuclide purity of111In produced by natural Cd is more than 99%. The total chemical impurity of Cu2+, Cd2+, and Zn2+is less than 8.0 mg/L.

111In; CS-30 cyclotron; CL-P204 resin

2014-09-09；

2015-03-31

国家自然科学基金资助项目(21371124)；国科戎安(北京)生物医药研究院资助项目

李顺涛(1988—)，男，四川夹江人，硕士研究生，核技术与核工程专业

*通信联系人：杨远友(1964—)，男，重庆合川人，博士，研究员，核技术及应用专业，E-mail: yangyy@scu.edu.cn

TL921.1

A

0253-9950(2015)06-0503-06

10.7538/hhx.2015.37.06.0503