Сравнительное изучение процессов стабилизации атомов отдачи азота-13 в системах жидкость-газ, влияние параметров системы. Получение [13N]-аммония Федорова Ольга Сталлитовна

Содержание к диссертации

Введение

2. Обзор литературы 9

2.1. Ядерно-физические характеристики и способы получения изотопа азот-13. 9

2.2. Энергетические состояния атома азота . 13

2.3.Химические формы стабилизации азота-13 в результате ядерных реакций. 14

2.4.Химические последствия ядерных превращений. 17

2.4.1. Эффекты ядерных превращений при реакции 160(p,a)13N. 17

2.4.2. Радиационно-химические процессы в жидких и газообразных средах. 18

2.5.Реакции атомов отдачи азота-13 в органических соединениях и в водных растворах, содержащих добавки органических соединений. 23

2.6. Применение разбавленного водного раствора этанола для получения [13N]NH3. 32

2.7. Влияние контактирующего газа на образование соединений, меченых 13N. 34

2.8. Методы синтеза соединений, меченных азотом-13. 38

2.8.1. Простые соединения. 39

2.8.2. Синтез сложных соединений методами классической органической химии. 41

2.8.3. Синтез сложных соединений энзимными методами. 47

2.9. Применение меченых соединений в позитроннои эмиссионной томографии. Основные принципы метода ПЭТ. 50

3. Экспериментальная часть 53

3.1. Реактивы и материалы. 53

3.2. Получение изотопа азот-13. 53

3.3. Методы 54

3.4. Задачи экспериментальной работы. 60

4. Результаты и обсуждение 61

4.1 .Расчет дозы и мощности дозы для применяемых мишеней. 61

4.2.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 в системе этиловый спирт-вода под давлением гелия. 62

4.2.1. Облучение разбавленных водных растворов этанола при фиксированном давлении гелия 150 Кпа 62

4.2.2. Облучение разбавленного водного раствора этанола при различных давлениях гелия . 73

4.2.3. Оценка потенциальных возможностей «водно-этанольного» метода. 75

4.3.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 в системе вода - водород. 76

4.4.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 в сочетанной системе водный раствор этанола - водород. 80

4.5.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 при облучении воды, насыщенной закисью азота, под давлением водорода. 81

4.6.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 при облучении воды под давлением метана. 84

4.7.Изучение реакций атомов отдачи азота-13 при облучении воды под давлением смеси аргон-метан. 95

5. Выводы 99

6. Заключение 101

7. Список литературы

• Энергетические состояния атома азота
• Методы синтеза соединений, меченных азотом-13.
• Получение изотопа азот-13.
• Облучение разбавленного водного раствора этанола при различных давлениях гелия

Введение к работе

Актуальность проблемы.

Одним из привлекательных приложений химии горячих атомов является возможность синтеза меченых соединений с использованием процессов, протекающих при ядерных превращениях. В настоящее время количество соединений, которые можно получить ядерно-химическим методом, т.е. непосредственно в мишени циклотрона, является крайне ограниченным. Число потенциально возможных соединений мало из-за неизбежно сопутствующих облучению мишени радиационно-химических процессов, которые приводят к химической деградации облучаемого материала. Аммоний, меченный азотом-13, относится к тем редким соединениям, производство которых возможно и желательно именно ядерно-химическим методом. Это является актуальной проблемой, поскольку в настоящее время [¹³N]-аммоний находит широкое применение в позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).

ПЭТ как метод исследования in vivo физиологических и биологических процессов приобретает все большее значение. С помощью этого метода диагностируют целый ряд онкологических, неврологических, кардиологических и других заболеваний. За последние годы ПЭТ интенсивно внедряется в клиническую практику, число ПЭТ-центров в Европе и США стремительно растет. Аммоний, меченный азотом-13, является наиболее часто используемым из всей группы [ NJ-РФП, его применяют в кардиологии для диагностики поражений миокарда. Каждый ПЭТ-центр, проводящий исследования на сердце, использует [¹³>ґ|-аммоний в рутинной, каждодневной практике. Помимо этого, многие ученые работают над созданием более сложных РФП, меченых азотом-13, для которых [ N]NH₃ служит меченым предшественником в синтезе. Использование [¹³N]-аммиака в качестве предшественника определяет необходимость его получения с большой стартовой активностью, поскольку дальнейший органический или энзимный синтез более сложной молекулы может занимать время, равное нескольким периодам полураспада азота-13 (Ti/2=9,96 мин).

Важность этого направления, а также наличие простого и удобного ядерно-химического метода получения [ N]-аммония определили цель настоящей работы. Она заключалась в изучении форм стабилизации горячих атомов азота-13 при облучении водяной мишени циклотрона протонами по реакции 0(р,а) N, в водной среде, в зависимости от варьирования параметров: дозы облучения, концентрации добавок к воде, природы и давления газов, контактирующих с облучаемым раствором. Вытекающей из этого задачей исследования являлся поиск наилучшей системы для достижения максимального выхода [¹³N]NH₃.

Положения, выносимые на защиту.

1. Химическими формами стабилизации атомов отдачи азота-13 в водяной мишени с использованием различных добавок являются: [ N]NOx~,

1 "2 1 'З [^,JN]NH₃ и [^,JN]N₂ (в газовой фазе). Соотношение данных форм в облученной воде определяется химической природой и концентрацией используемой добавки и зависит от условий облучения.

Использование этанола в качестве добавки к мишенной воде (этанольный метод) и облучение чистой воды под давлением водорода (водородный метод), равно как и их сочетанное применение, являются эффективными способами получения меченого аммония. Однако, при использовании водородного метода около половины активности, выделенной из мишени, стабилизируется в газовой фазе в виде [^lJN]N₂.

Изучение аргон-метанового метода (облучение воды под давлением смеси аргон-метан (8,9% метана) показало возможность получения меченого аммония, но при применении этой добавки распределение активности между жидкой и газовой фазой менялось от облучения к облучению. Метод мало эффективен и обладает недостаточной воспроизводимостью. 4. Облучение чистой воды под давлением метана (метановый метод) является наиболее эффективным способом получения меченого аммония. Стабилизация атомов отдачи происходит в жидкой фазе, и практически не наблюдается образования радиоактивных газообразных продуктов. Это дает возможность получения аммония-¹³N с очень высокой объемной активностью и радиохимической чистотой более 98%.

Научная новизна. Впервые в России был применен ядерно-химический метод синтеза [ N]NH₃ в водяной мишени циклотрона, показана возможность использования данной технологии для рутинного производства РФП.

Проведено исследование влияния газовых и жидкостных добавок к мишенной системе на распределение выходов продуктов стабилизации горячих атомов азота-13. Показано, что применение в качестве добавки этанола или водорода как запирающего газа дают возможность производства [¹³N]-аммония как РФП.

Впервые предложено использование принципиально новых газовых добавок, а именно: аргон-метановая смесь (8,9% метана) и метан. Метановый метод был впервые в мире применен и изучен в лаборатории радиохимии ИМЧ и в настоящее время превосходит все ранее известные методы синтеза [¹³N]NH₃.

Во всех системах изучено влияние на результаты облучения таких параметров, как химическая природа добавки, давление запирающего газа, ток пучка, время облучения. Для каждой из систем определены оптимальные условия для производства аммония- N с высоким радиохимическим выходом и чистотой.

Практическая значимость. Именно доступность радиотрейсеров определяет возможности конкретного ПЭТ центра и отдельной страны по использованию метода в клинической диагностике различных заболеваний. Несмотря на то, что число потенциально полезных ПЭТ радиотрейсеров насчитывает несколько сотен, в настоящее время в мировой практике используется на рутинной основе не более 25 РФП, что обусловлено главным образом технологическими трудностями. Таким образом, практическая значимость состоит в изыскании метода, позволяющего в рамках одного облучения получить аммоний- ¹³N активностью до 1 Ки в водном растворе. Было показано в двух независимых лабораториях, на трех разных мишенях, что новый способ синтеза обладает прекрасной воспроизводимостью и надежностью, и следовательно, метод доступен к применению в любом ПЭТ-центре на циклотроне с аналогичной энергией протонов.

В России метод ПЭТ применяется с 1991 в Институте Мозга Человека РАН, Санкт-Петербург, где установлены медицинский циклотрон и томограф производства Скандтроникс, Швеция. За последние пять лет введены в эксплуатацию еще два ПЭТ центра (ЦНИРРИ, Санкт-Петербург, РЦ ССХ им. А.Н. Бакулева, Москва). В 2003 году начал работу ПЭТ-центр на базе Московской ЦКБ, а также планируется установка ПЭТ сканнеров в ряде ведущих клиник Москвы.

После опубликования наших результатов данная технология была использована всемирно известной фирмой General Electric Medical System для новой, коммерчески доступной, автоматической системы производства аммония - N в сочетании с новым циклотроном MINI PET TRACE.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Энергетические состояния атома азота

Атом азота может существовать в нескольких метастабильных энергетических состояниях [15]. В 70-80 годах они были изучены в реакциях с неорганическими и органическими соединениями в газовой фазе. Исследование такого рода реакций с 02, NO и N02 играет важную роль в химии атмосферы. Кроме основного энергетического состояния N( S), существуют два других «долгоживущих» низко-возбужденных состояния N( D) и N( Р), на 2.38 и 3.56 эВ выше основного состояния (см. Таблицу 4)

Азот в состоянии является основной составной частью субстанции, называемой «активным азотом», которая получается при электрическом разряде в N2. Если электрическому разряду подвергают чистый газ N2, соотношение метастабильных состояний N(4S) : N(2D) : N(2P) равно 1.0 : 0.0068 : 0.0025, в смеси N2/He это соотношение 1.0 : 0.17 : 0.06 [37]. Считается, что реакции с «активным азотом» трудно поддаются исследованию, поскольку возбужденные молекулы N2 инициируют целую цепь процессов при взаимодействии с другими молекулами. Главным продуктом стабилизации при взаимодействии с органическими соединениями в газовой фазе является HCN [83]. Не было зарегистрировано ни NH3, ни N2H2, что привело к гипотезе о том, что при взаимодействии не происходит выделения непосредственно протона, а атака осуществляется на атом углерода.

Химические формы стабилизации азота-13 в результате ядерных реакций. Воздействие на мишень высоких доз облучения сопровождается протеканием сложного комплекса радиационно-химических и ядерно-химических процессов. В результате химические формы стабилизации атомов отдачи азота-13 могут быть совершенно разными в зависимости от состава облучаемой смеси и параметров облучения. Но, как было показано, формы стабилизации немногочисленны и представляют собой простые соединения или ионные формы (Таблица 5) [2].

При описании процессов, происходящих при образовании атомов азота-13 и реакций с их участием, данные атомы часто характеризуются как «атомы отдачи» или «горячие атомы». При воздействии излучения на вещество атом вещества испытывает отдачу, испуская у-квант или частицу. Атом при этом обладает определенной кинетической энергией и поэтому называется «горячим» [5]. Этот термин был введен после классического эксперимента Сцилларда и Чалмерса [111] в 1934 году, где ими впервые наблюдалось образование горячих атомов по реакции I (п,у) I. Кинетическая энергия атома отдачи Еу после испускания у-кванта равна: Еу = Е2 / (2Мс2) где Е - энергия фотона, М - масса атома отдачи. Если энергия выражена в МэВ, а М - в а.е.м., то формула преобразуется как: Eg = 5,36 10_4Е2/М

При испускании тяжелой заряженной частицы, например, а-частицы, в случае реакции 160(p,a)13N, энергия атома отдачи может быть вычислена из закона сохранения количества движения: mva=MV, где m, М - масса a-частицы и остаточного ядра, v и V - соответствующие скорости. Из этого соотношения получаем Еотдачи = (т / М) Е где Е - энергия частицы в МэВ, m - масса частицы в а.е.м., М - масса атома отдачи в а.е.м.

Поскольку энергия a-частицы составляет около 4-10 МэВ, то энергия атома отдачи составляет сотни килоэлектронвольт. Этого достаточно для разрыва химических связей, поэтому «горячие» атомы могут принимать участие в различных реакциях [5]. Главными из них являются: 1) Замедление в результате упругих столкновений и последующая рекомбинация с остатком молекулы. 2) Замещение других атомов или групп атомов. 3) Изотопный обмен 4) Взаимодействие с кислородом. 5) Димеризация с образованием стабильной молекулы. 6) Окислительно-восстановительные реакции.

В настоящей работе основное внимание уделяется облучению воды и водных растворов, а также паров облучаемой жидкости, которые образуются при передаче энергии на мишень. Поэтому сначала рассмотрим процессы радиолиза в жидких и газообразных системах.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом обычно подразделяют на три стадии: физическую, физико-химическую и химическую [5]. Физическая стадия - это взаимодействие первичного излучения с веществом (время -от 10"18 до 10"14 с после прохождения ионизирующей частицы), физико-химическая - передача энергии, диссоциация молекул, ион-молекулярные реакции (время от 10"14 до 10"7 с) и химическая стадия включает радикал-радикальные реакции в шпорах и треках, диффузию радикалов в объем жидкой фазы, реакции растворенных веществ с радикалами (время от 10"7 с до условного ноля - момента завершения химических реакций).

Методы синтеза соединений, меченных азотом-13.

К числу простых соединений, которые привлекали внимание исследователей, относятся [13N] аммоний, [13N]N2H [13N]-оксиды азота.

При генерировании азота-13 по ядерной реакции 160(p,oc)13N облучаемым материалом, как правило, является вода или водные растворы. При облучении воды в мишени циклотрона большая часть атомов отдачи азота-13 стабилизируется в виде оксоанионных форм rN]N03" и [lJN]N02" [125]. Доля аммония составляет около 7% при небольших дозах облучения (менее 1 эВ/молекула), и резко снижается с увеличением дозовой нагрузки, что обусловлено протеканием процессов радиолитического окисления. Поскольку в середине 70 годов возникла необходимость в разработке методов синтеза ПЭТ трейсеров, а именно [ N] аммония, Ваальбургом был предложен метод восстановления полученных при облучении воды оксоанионных форм сплавом Деварда (50% меди, 45% алюминия, 5% цинка) с добавлением NaOH с последующей дистилляцией [121]. Выход конечного продукта [ N]NH3 после 20 мин облучения равнялся 36 мКи /\хА (1,3 ГБк/цА). Далее этот метод применялся с использованием циркуляционной водной мишени большого объема [63]. Выход N в данном случае был равен 32 мКи (1,1 ГБк) /цА/ 20 мин облучения. В последующие годы метод восстановления сплавом Деварда был автоматизирован, что сделало его более удобным, быстрым и хорошо воспроизводимым [79, 103, 41]. Радиохимический выход [ N]NH3 составлял 60-90%. Группа ученых из Японии предложили метод выделения меченого аммония непосредственно из циркуляционной водной мишени, несмотря на его малую долю в общей радиоактивности [127]. В этом случае в мишени был установлен натриевый катионообменник, который сорбировал получаемый в процессе облучения [13N]NH3.

Различные химические методы были использованы для синтеза меченого газообразного азота. Линднер и Хелмер [63], а также Ваальбург [122] получали [ N] аммоний описанным выше методом со сплавом Деварда, и затем проводили его окисление до [13N]N2, используя гипобромит NaOBr (смесь хлорной извести, С12 и NaBr, рН 12-13). Парке и Крон в своей фундаментальной работе [79] описали получение всех четырех меченых производных (нитрат, нитрит, аммоний, газообразный азот), причем нитрит был синтезирован посредством пропускания облученной воды, содержащей 97-99% [13N]N03", через восстановительную колонку, покрытую кадмиево-медной амальгамой. [ N]N2 был получен как основная форма при облучении водного раствора аммиака.

Для восстановления оксоанионных форм [13N]N03 и [13N]N02" до [13N]NH3 можно применять и другие реагенты, а именно хлорид титана ТіСІз или гидроксид титана Ті(ОН)з [50] Радиохимический выход [ N] аммония, выделяемого перегонкой с паром, составлял 80-90%.

Как обсуждалось выше, в облученном растворе будет присутствовать примесь изотопа фтор-18. В работе [32] было предложено получать [ N]NOx" и в одной мишени для последующего использования обоих изотопов в синтезе ПЭТ-трейсеров. Облучение низко обогащенной [100]Н20 (20-30%) дает значительные количества двух изотопов, для разделения которых облученную воду пропускали через анионит и последовательно промывали 0.01 М К2С03 для смыва 18Р-фторида и 1 М НС1 для выделения [13N]NOx\ Полученные оксоанионные формы азота-13 восстанавливали со сплавом Деварда. Однако этот метод не получил практического распространения ввиду своей сложности. Поскольку для генерирования азота-13 используются и другие ядерные реакции, на их основе были созданы соответствующие методы производства [13Ы]аммония. Например, при применении ядерной реакции C(d,n) N на низкоэнергетичном ускорителе, после высокотемпературного выделения азота-13 из облучаемого графита в химической форме оксидов азота, последние восстанавливали до [ N]NH3 Raney-nickel смесью в присутствии NaOH [27, 102]. Метод был полностью автоматизирован, эффективность конверсии составляла 37%, время синтеза 17 мин, что позволило получить дозу [ Ы]аммония, необходимую для ПЭТ-исследования - 30 мКи (1,1 ГБк). Группа исследователей из Брукхевенской Национальной Лаборатории (США) разработала оригинальный метод синтеза [ N]NH3 из [ N]N2, полученного при облучении обогащенной графитовой пыли (97% углерода-13), запрессованной в 12С-графит, по реакции I3C(p,n)I3N [32]. Выделенный из мишени газообразный азот-13 подвергали микроволновому разряду в присутствии водорода под давлением. Микроволновой разряд является источником возбуждения для диссоциации молекул азота. По приведенным данным, 10-минутный разряд приводил к 65% конверсии [ N]N2 в [ Ы]аммоний, который затем улавливается при -78С. Недостатком этого метода являлась его крайняя техническая сложность и применение множества дорогостоящих устройств. Используя ту же ядерную реакцию 13C(p,n) 13N в комплексе с реакцией 160(p,a)13N, Бида и др. облучали протонами воду, содержащую обогащенную С-13 графитовую пыль По данным авторов, эффективность конверсии азота-13 в [ N]NH3 составляла 70-90%.

Получение изотопа азот-13.

Облучения проводили в квазиизобарных (динамических) условиях, т.е. вентиль, соединяющий мишень и источник запирающего газа (гелий, водород, метан, аргон-метан) был открыт во время облучения. Это позволяет ослабить резкие скачки давления во время облучения, вызванные неконтролируемыми изменениями тока пучка, и увеличить срок эксплуатации мишени. Так, в ИМЧ нами проведено около 500 облучений без смены входной фольги мишени.

Давление газа задавалось точным вентилем регулировки давления на линии. Со стороны выпуска облученного раствора жидкость удерживалась дистанционно управляемым клапаном, предельное давление 680 КПа. По окончании облучения электромагнитный клапан открывали с операторской консоли и содержимое мишени переводили током запирающего газа в приемный сосуд внутри тяжелого бокса (Van Gahlen, Нидерланды) . Приемный сосуд для жидкой фазы был помещен в радиоизотопный калибратор (Cal Rad 2, Victoreen, США - ИМЧ, Capintec CRC-7 - CWRU). В лаборатории ИМЧ выход из приемного сосуда соединяли с ловушкой с молекулярными ситами 8-12 меш, 4 A (Aldrich), погруженной в жидкий азот, и измеряли активность ловушки сразу после измерения активности жидкой фазы. Ловушку нагревали и десорбированные газообразные продукты переводили в резиновую камеру, из которой потом можно было взять пробу на анализ. В CWRU газ из мишени собирали в герметичный сосуд объемом 65 мл, снабженный резиновой прокладкой. Сосуд предварительно откачивали на вакуумном насосе и заполняли газом из мишени до уравновешивания мишенного давления. Пробы отбирали газовым шприцом. Схемы оборудования в двух лабораториях представлены на рисунках 2 и 3. Анализ облученного раствора проводили методом ВЭЖХ, анализ газовой фазы - методом ГЖХ.

В ИМЧ для этой цели использовался жидкостный хроматограф Gilson, насос модель 305, детектор рефрактометр Gilson модель 131 и детектор по радиоактивности Beckman, модель 170. Разделение катионогенных радиоактивных компонентов (метод А) проводили на колонке Zorbax SCX (150 4.6 мм), элюент водный раствор NaH2PC 4 50 мМ (рН 4.5), скорость потока 1 мл/мин. Времена удерживания: смесь оксоанионных форм [ N]N03" и [13N]N02- - 2.3+0.1 мин, [13N]NH3 - 5.1+0.2 мин. Одновременное разделение катионов и анионов (метод Б) осуществляли при последовательной комбинации двух колонок Zorbax SCX (150 4.6 мм) и Zorbax SAX (150 4.6 мм), элюент водный раствор NaH2P04 50 мМ, доведенный фосфорной кислотой до рН 3.0, скорость потока 1.5 мл/мин. Времена удерживания: [ N]NH3 - 4.5+0.2 мин, 6.1+0.3 мин и [ N]N03" - 7.1+0.3 мин. Газовая хроматография выполнялась на хроматографе Varian 3400 с детекторами по теплопроводности, ионизационно-пламенным и по радиоактивности, колонка длиной 2 м и внутренним диаметром 1/8" с молекулярными ситами 5 А, скорость газа-носителя гелия 60 мл/мин, температура колонки 50С (2 мин), градиент 40С/мин от 50 до 100С, 100С (1 мин), градиент 40С/мин от 100 до 230С. Времена удерживания кислорода, азота и оксида азота составляли 2.4+0.1, 3.9+0.2 и 4.8+0.2 мин соответственно. Используемый в качестве свидетеля нерадиоактивный оксид азота получали двумя независимыми методами [1, 74].

Остаточное содержание этанола в облученном растворе определяли методом ГЖХ на хроматографе Varian 3400, пламенно-ионизационный детектор, капиллярная колонка DB-WAX длиной 30 м, диаметром 0.55 мм, скорость газа-носителя гелия 20 мл/мин, температура колонки 80С. Время удерживания этанола 0.60+0.03 мин, изоамилового спирта (внутренний стандарт) 1.72+0.08 мин.

Для определения следовых количеств алюминия в облученном растворе использовали метод атомно-абсорбционной спектроскопии (спектрометр AAS-3, Германия).

В CWRU 13N- меченые продукты в жидкой фазе анализировали на жидкостном хроматографе с насосом Beckman НОВ, рефрактометрическим детектором Knauer 198 и детектором по радиоактивности, который состоял из кристалла Nal размером 2 2 см напротив проточного объема детектирования (1 мл), фотоумножителя Harshaw и аналогового выхода к станции сбора данных Hewlett Packard. Использовали колонку Alltech Adsorbosphere SCX, элюент водный раствор 2 мМ NH4OAc с добавлением 1 мМ уксусной кислоты (рН 5), скорость потока 2 мл/мин. Времена удерживания: оксоанионные формы [13N]N03" и [13N]N02 - 1.8+0.1 мин, [13N]NH3 - 3.7+0.2 мин. Анализ газовой фазы и анализ жидкой фазы (без пропускания через ионообменную смолу) выполняли на газовом хроматографе Hewlett Packard 5890 с детектором по теплопроводности, пламенно-ионизационным и детектором по радиоактивности Beckman Model 170, колонка Porapack N (внутренний диаметр 3 мм, длина 5 м), скорость газа-носителя гелия 40 мл/мин, температура колонки в градиенте от 50С до 180С. В этих условиях возможно определение меченых и немеченых низкомолекулярных органических соединений. Времена удерживания: вода 1.9+0.1 мин, метанол 2.8+0.1 мин, этанол 4.9+0.2 мин, муравьиная кислота 3.7+0.2 мин, уксусная кислота 5.8+0.3 мин, метан 0.40+0.04 мин. Облученная вода была проанализирована методом УФ спектроскопии (200-600 нм, Hewlett Packard 1050 детектор).

Облучение разбавленного водного раствора этанола при различных давлениях гелия

Как было показано ранее в опытах Берриджа [11] образование аммония -13N имеет место и при облучении чистой воды или растворов этанола под давлением водорода. Представляло интерес сравнить возможности «водородной» и «этанольной» системы в рамках одного эксперимента, с применением одного и того же циклотрона и мишени. Результаты облучения воды под давлением водорода даны в таблице 12. Приведена активность, пересчитанная на конец облучения (ЕОВ).

При сравнении данных для «этанольного» и «водородного» методов (табл. 11 и 12) обращает на себя внимание тот факт, что в обеих системах общая активность, производимая мишенями, одна и та же, однако азот-13 присутствует в разных химических формах. При использовании водорода в качестве запирающего газа существенная часть активности стабилизируется в газовой фазе, а именно в виде [ N]N2. В жидкой фазе остаются два известных нам продукта - [13N]NH3 и [13N]NOx-. При малых дозовых нагрузках (опыты 1, 2, 5-8, 16-18) образуется в среднем от 15% до 35% меченого газообразного азота, а при приложении больших доз (опыты 9-15 и 19-21) - до 50% (иногда даже до 70%о) от общей активности переходит в газовую фазу. При малом давлении и больших приложенных дозах (опыты 3, 4) действие водорода сказывается не так сильно, а становится больше похоже на действие инертного газа, т.е. почти вся активность присутствует в жидкой фазе в виде N -оксоанионов.

При анализе причин наблюдаемых различий прежде всего встает вопрос об идентификации химических форм стабилизации азота-13 в газовой фазе. В первую очередь мы провели исследование радиоизотопного состава, поскольку в данной системе возможно образование кислорода-15 по реакции 160(р,рп) 150. Была снята кривая радиоактивного распада газовой фазы, присутствие радионуклидной примеси 150 не было обнаружено. Ввиду присутствия в системе кислородсодержащих частиц, являющихся первичными продуктами радиолиза воды, можно допустить возможность стабилизации азота-13 в форме оксидов азота. В присутствии воды в системе таким продуктом мог быть не кислотообразующий оксид NO, хроматографическое поведение которого близко к поведению молекулярного азота. Некоторым основанием для подобного предположения послужило сообщение Мулхолланда [74] о получении [ N]NO из [ N]NOx- в восстановительных условиях, которые в принципе реализуются и под давлением водорода.

При проверке нами было однозначно показано, что единственной формой стабилизации азота-13 в газовой фазе является [13N]N2, что согласуется с данными Берриджа. [13N]N2 был идентифицирован методом радиогазовой хроматографии (см. рис.8). Вместе с тем нам, как и Берриджу, представляется маловероятным, что присутствие в воде азотсодержащих примесей (анионов или растворенного азота) могло бы быть источником второго атома азота для образования меченой молекулярной формы. По данным Берриджа, добавление к воде нитрата и нитрита калия не приводило к увеличению содержания [13N]N2. Согласно нашим данным, радиохимический выход меченого азота также не зависит от присутствия в облучаемой воде растворенного воздуха. Оставалось предположить, что недостающий атом азота должен находиться в газовой фазе. В отличие от работы Берриджа [11] в условиях нашей мишенной системы вероятность прямого контакта бомбардирующих протонов с газовой фазой чрезвычайно мала. Это дает основание для гипотезы о существовании которого мог бы выступать [13N]NO. Тем не менее в рамках данного исследования это предположение не нашло подтверждения.

Данный «водородный» метод, как удовлетворяющий всем необходимым критериям, был принят как метод для Фармакопейной Статьи ИМЧ РАН по производству радиофармпрепарата [ 3N]NH3. Данный метод был выбран, поскольку в нем, в отличие от «этанольного», нет необходимости в определении примеси этанола в конечном продукте.

Похожие диссертации на Сравнительное изучение процессов стабилизации атомов отдачи азота-13 в системах жидкость-газ, влияние параметров системы. Получение [13N]-аммония

Исследование стабилизации полибутилентерефталата в процессе синтеза и изучение его термических свойствАлакаева Зоя Таловна

Жидкостно-газовая хроматография и хроматомембранный массообменный процесс в системе жидкость - газРодников Олег Васильевич

Использование межфазного распределения в проточной системе жидкость - газ для получения газового потока, содержащего постоянные концентрации летучих веществ Лепский Михаил Вадимович

Жидкостно-газовая хроматография и хроматомембранный массообменный процесс в системе жидкость - газРодинков Олег Васильевич

Макрокинетика гетерогенных реакций в системах газ-жидкость, сопровождающихся межфазным переносом кислородаБоровкова, Ирина Сергеевна

Концентрационные изменения в приэлектродном слое электролита и их влияние на параметры электрохимических системТкаленко, Максим Дмитрович

Изучение процессов, происходящих при механической активации оксидов металлов II-VIII группАндрюшкова, Ольга Владимировна

Физико-химическое изучение процесса каталитического окисления этиленгликоляВодянкина, Ольга Владимировна

Молекулярное моделирование и экспериментальное изучение процессов комплексообразования с применением -циклодекстрина и его окси-пропилированного производногоПутилин Александр Феликсович

Потенциометрическое изучение процессов комплексообразования ионов лантаноидов (III) с нитрилотриуксусной и нитрилотриметиленфосфоновой кислотами в водном раствореЧеснокова Любовь Николаевна