一种放射性同位素镉－109的制备工艺

摘要

一种放射性同位素镉—109(109Cd)的制备工艺,涉及利用回旋加速器加速的质子束轰击银靶,生成的放射性同位素镉—109的分离提纯工艺。其特征在于根据氧化一还原电位原理,首先在质子轰击过的银靶溶解液中加入标准电极电位值大于镉离子,小于银离子的金属离子,作为镉离子的保护剂,然后加入过量水合肼定量地还原银离子,还部份地还原加入的保护剂,使镉离子不被还原。本发明较文献报道的用肼还原银靶溶解液中的银离子,提纯镉的工艺操作方便,流程短,银的去除率高一个量级。

说明书

一、技术领域

本发明属放射性同位素制备领域，特别是涉及一种利用回旋加速器照射生成的放射性同位素镉-109的分离，提纯工艺。

二、背景技术

镉-109是一种用途十分广泛的放射性同位素，这种同位素是利用回旋加速器加速的质子束轰击银靶，发生¹⁰⁹Ag(p，n)¹⁰⁹Cd反应，生成同位素镉-109(¹⁰⁹Cd)而获得。因此，如何从大量银靶基体中分离、提纯出镉-109，这是生产这种同位素的关键。国外最新文献报道的方法是用肼还原质子轰击过的银靶的溶解液(称原料液)中的一价银离子(Ag¹⁺)，这种方法较早先的一些方法操作方便、快速，但其难点是加入肼的量不好控制，加肼过量时，将把原料液中部份镉-109正二价离子(Cd²⁺)还原掉，加肼量不足时，银离子的去除率就低，必须加置换法进一步去除剩余的银离子，增加了工艺步骤。如文献：“INIS”国际核情报系统数据库1976-1996光盘查到的，“Production of Carrier free¹⁰⁹Cd.⁵⁷Co and ⁵⁴Mn from a CompositicCyclotron target of enriched¹⁰⁹Ag and ⁵⁶Fe.”AN 20-007621，报道了用不足量的水合肼作为还原剂，还原Ag¹⁺，然后加入铜粉，进行Cu-Ag¹⁺置换反应，置换剩余的Ag¹⁺，使Ag¹⁺的还原率为99.9％，再结合阴离子交换法提取¹⁰⁹Cd。该法的缺点是操作麻烦，流程较长，见图1。

三、发明内容

本发明通过实施下述方案实现：

1.一种放射性同位素镉-109(¹⁰⁹Cd)的制备工艺，包括用回旋加速器的质子束轰击银靶，生成镉同位素¹⁰⁹Cd，用硝酸溶解银靶，再用肼还原银靶溶解液(称原料液)中大量的基体银离子(Ag¹⁺)，提纯镉-109离子(Cd²⁺)，最后结合阴离子交换法提取Cd-109，其特征在于：根据氧化-还原电位序原理，首先在原料液中加入标准电极电位值大于镉离子(Cd²⁺)，小于Ag¹⁺的金属离子，作为Cd²⁺的保护剂，并使其不影响镉的分离；然后加入过量水合肼定量地还原银离子，还部分地还原加入的保护剂，而Cd²⁺不被还原，具体工艺步骤为：

(1)用硝酸溶解银靶

(2)加热蒸干

(3)加入保护剂金属离子，硝酸溶解，(0.05-0.15MOL/L硝酸)

(4)加入过量的水合肼还原Ag¹⁺离子，同时部份地(而不是全部地)还原保护剂金属离子，

(5)过滤除银，

(6)加热滤液，蒸干之，

(7)用氢溴酸/硝酸混合溶液溶解之。

(8)用717阴离子交换树脂柱吸附溶解液，加硝酸/氢溴酸混合液洗去未被还原的保护剂及银靶中Cu²⁺、⁶⁵Zn²⁺等杂质，

(9)用硝酸洗脱树脂上保留的¹⁰⁹Cd离子。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于原料液中加入的保护剂可以是二价的铜离子，镍离子和钴离子(Cu²⁺，Ni²⁺，Co²⁺)中任一种。

3.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于加入保护剂的量为放射性同位素镉-109的量的1-3×10⁴倍。

本发明是基于下述基本原理：

根据氧化-还原电位原理，在标准条件下，一种物质的氧化态-还原态在某一电位下发生电极反应，根据两种物质的氧化态-还原态电位差的大小就能判断能否发生置换反应，若其电位差越大，发生置换的倾向就越大，在多种物质存在下，就出现了先后置换的顺序，再应用能斯特(Nernst)方程式：(式中反应温度为25℃，n为反应中电子得失的数目)就可定量地计算出置换量。

本发明是在银靶原料液中提取镉-109，表1列出银、镉和肼的氧化-还原电位数据。

表1 Ag，Cd和肼的氧化—还原标准电极电位值编号    电极反应                标准电极反应

                               (E⁰，伏)1      Ag⁺+e＝Ag                     0.7992      Cd²⁺+2e＝Cd                   -0.4023      N₂+4H₂O+4e＝N₂H₄+4OH^-   -1.15

靶料液中主要是Ag⁺和Cd²⁺，从标准电极电位表中看出加入肼先还原Ag⁺，若肼过量，还将还原Cd²⁺，使¹⁰⁹Cd丢失。如果在靶料液中加入其电极电位在：O.799＞E°＞-0.402之间的任一电极电位物质，则过量的肼先将Ag⁺还原得比较彻底(去除99.99％以上)再还原部分上述电极电位值的物质，从而保护了¹⁰⁹Cd不被还原，避免了¹⁰⁹Cd在除Ag步骤中的丢失，这种情况已被实验所证实，表2为在料液中加入Cu²⁺为例的实验结果。表2料液中Cu²⁺量对水合肼还原Cd²⁺的影响

                        [Ag⁺∶肼＝1∶7(当量比)]

Cu²⁺(mg)                 0        41.4      88       177      354

Ag⁺(0.615g)还原率(％)    ＞99.99  ＞99.99   ＞99.99  ＞99.99  ＞99.99

Cd²⁺(471μg)收率(％)     70.3     93.0      95.9     103.3    102.5由表2看出，当水合肼过量，不加Cu²⁺时，将有30％的Cd²⁺被还原丢失掉，当料液中Cu²⁺≥177mg时，则Cd²⁺不被还原。

本发明的流程较文献报道的省去了用铜粉置换Ag¹⁺的步骤，结果既简化了操作程序，又把Ag¹⁺的去除率提高一个数量级。

四、附图说明图1文献报道加肼还原银离子流程图(加铜粉)图2本发明的加肼还原银离子流程图(不加铜粉)

五、具体实施方式：

例1：加入二价铜离子作保护剂

如图2所示，取银靶1.1克，用15mL，5MOL/L的硝酸溶解Ag靶；90℃加热，蒸干；加入24mL，0.1MOL/L的纯硝酸，其中含铜离子(Cu²⁺)200毫克，溶解之；加入464mL，8％肼还原上面加了铜离子的银靶原料液，银离子还原，得沉淀Ag；过滤之；加热(90℃)，蒸干滤液；用20mL，0.1MOL/L HBr/0.3 MOL/L HNO₃溶解之，过717阴离子树脂柱；用80Ml 0.1 MOL/L HBr/0.3 MOL/L HNO₃洗去未被还原的Cu²⁺，以及银靶中的⁶⁵Zn²⁺等杂质，镉-109保留在树脂上；最后用45mL，3MOL/L HNO₃洗脱树脂上的镉-109。经测量沉淀的银、树脂滤出液、洗脱的杂质及洗脱后的树脂，其¹⁰⁹Cd放射性几乎为零，说明镉-109的收率接近100％，Ag的去除率为99.99％。

例2：加入二价钴离子作保护剂

加入钴离子(Co²⁺)量为180毫克，其它条件相同。