DE2057543B2

DE2057543B2 - Verfahren zur Gewinnung von geringe Mengen radioaktives Yttrium-90 enthaltenden wässrigen Lösungen von hohem Reinheitsgrad

Info

Publication number: DE2057543B2
Application number: DE2057543A
Authority: DE
Inventors: H Arino; V J Molinski; W J Skraba
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-11-26
Filing date: 1970-11-23
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2057543C3; DE2057543A1; CA928967A; IL35704A0; IL35704A; NL7017105A; GB1295376A; FR2068656B1; FR2068656A1; BE759315A; SE373159B; CH523853A

Description

det werden, wobei das einzige Erfordernis darin besteht, daß das Ionenaustauscherbarz auf dem Substrat zurückgehalten wird und dieses gegenüber dem Eluierungsmittel inert ist. Beispiele für solche Stoffe sind Cellulose, Polyamide und Polyurethanschaumstoffe.

Das Beladen des Kationenaustauscherharzes mit Strontium-90 kann nach verschiedenen Arbeitsweisen erfolgen. Beispielsweise können das Strontium-90 und das Kationenaustauscherharz in dem Eluierungsmittel aufgelöst und dann mit dem Substrat bzw.Trä- ι ο ger entweder durch Gießen der Lösung über das Substrat bzw. den Träger oder durch Tränken des Substrats bzw. Trägers in der Lösung in Berührung gebracht werden. Alternativ kann das Kationenaustauscherharz zuerst auf das Substrat bzw. den Träger aufgebracht und anschließend mit derLösung in Kontakt gebracht werden. Danach wird das Yurium-9u selektiv von dem Substrat unter Verwendung einer Lösung von einer oder mehrerer derselben Verbindungen, welche zur Beladung des Katicnenaustauscherharzes verwendet wurden, extrahiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Gewinnung von Yttrium-90 für Unterrichtszwecke, z. B. der Untersuchung der Absorption von Wasser und Mineralien durch Pflanzen. Dies wird im folgenden an Hand eines Beispiels erläutert.

Eine Primärfunktion der Blätter \on Pflanzen besteht darin, durch Photosynthese anorganische Stoffe in organische umzuwandeln. Die Funktionen der Prianzenstiele bestehen darin. Nahrung zu speichern, Blätter und Blüten zu tragen und Was-jr und gelöste Stoffe zwischen Wurzeln und Blättern zu transportieren. In den verschiedenen Lebensläufen der Pflanze ist Wasser unerläßlich. Die Frage, wie die Pflanze Wasser und Mineralien, welche durch die Wurzeln absorbiert werden, verteilt und verbraucht, läßt sich relativ einfach lösen, wenn Radioisotope, z. B. Yttrium-90, als Spurenstoffe verwendet werden. Bei dieser Untersuchung wird eine kleine Menge von Radioisotop dem Wasser, welches von der Pflanze absorbiert werden soll, zugesetzt und mit dem Wasser verteilt. Die von dem Radioisotop ausgesandte Strahlung macht die Verteilung und die Ablagerung des Spurenstoffes sichtbar und kann nach bekannten Methoden nachgewiesen und aufgezeichnet werden.

In der Praxis kann die Aufnahme durch Pflanzen in geeigneter Weise vorgenommen werden, indem die Pflanzenwurzeln in die Lösung des radioaktiven Yttrium-90 eingebracht werden und so viel Wasser zugesetzt wird, um die Wurzeln zu bedecken. Diese Anordnung wird an einen Ort gebracht, an welchem die Pflanze für das Wachstum über eine Zeitspanne von annähernd 48 Stunden geeignete Bedingungen vorfindet. Beim Herausnehmen der Pflanze aus der Lösung werden die Wurzeln gründlich unter laufendem Leitungswasser abgespült und die Pflanze in Wurzeln, Stiele, Blätter und gegebenenfalls Blüten aufgeteilt. Jeder Teil wird auf Papier angeordnet und die Aktivität bestimmt. Von den Pfianzenteilen können nach bekannten Arbeitsweisen Autoradiogniphien hergestellt werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Nach der folgenden Arbeitsweise wurde ein Gene- ⁶S rator hergestellt und Yttrium-90 mit einer wäßrigen Lösung von Äthylendiamintetraessigsäure (ÄDTE) f»1nip.rt n£fc*js

Es wurde ein KationSfcAistauscherpapier dadurch hergestellt, daß Cellulosepapier mit einem stark sauren Kationenaustauscherharz, welches mit Divinylbenzol vernetzten und Sulfonatreste enthaltendes Polystyrol ist, in der Na⁺-Form imprägniert wurde. Hierfür wird das feinstpulverisiertelonenaustauscherharz in α-Cellulosebrei eingegeben. Das Papiei enthält etwa 50 Gewichtsprozent Harz und besitzt eine Kapazität von etwa 2 m Äqu./g. Durch Auflösen von 1 g Dinatriumäthylendiamintetraessigsäure in 1 Liter Wasser wurde eine 0,003 M Lösung des Eluierungsmittels hergestellt. Bei dieser Konzentration betrug der pH-Wert 4,6.

Mittels eines Korkbohrers mit 1,2 cm Durchmesser wurden Scheiben aus dem Ionenaustauscherpapier herausgeschnitten. Dann wurde ein Polster aus Glasfasern auf die perforierte Scheibe eines Eins_f?tzes eines miniaturisierten Generators aufgebracht, und es wurden vier Scheiben aus dem Ionenaustauscherpapier auf dem Polster angeordnet. Eine Lösung, bestehend aus 0,25 ml 0,003 M ÄDTE bei pH = 4,6 und 100 iil Strontium-90-Lösung, wurde auf die Scheiben aus Ionenaustauscherpapier gegeben und unter Vakuum ablaufen gelassen. Der Kleingenerator wurde zusammengebaut und unter Verwendung einer üblichen Quetschflasche eluiert.

Bei einer alternativen Verfahrensweise wurden Scheiben aus Ionenaustauscherpapier in einer 0,003 M ÄDTE-Lösung, pH = 4.6, welche Strontium-90 enthielt, über Nacht stehen gelassen. Die Scheiben wurden auf einem porösen Polster, wie dies zuvor beschrieben wurde, angeordnet, und der Kleingenerator wurde zusammengebaut.

Der Einfluß des pH-Wertes auf die Adsorption der Radioisotope auf dem Ionenaustauscherpapier wurde gemessen, indem vier Papierscheiben in Gläsern angeordnet und 10 ul Strontium-90 und !0 ml 0,003 M ÄDTE hinzugefügt wurden. Der pH-Wert wurde mit 0,1 N HCl oder 0,1 N NaOH eingestellt. Der Adsorptionsvorgang dauerte 24 Stunden. Gleiche Teile der überstehenden Flüssigkeit wurden dann analysiert. Die Tabelle I zeigt, daß Strontium-90 auf dem lonenaustauscherpapier bei einem pH-Wert von 5,5 und niedriger adsorbiert wird. Bei einem pH-Wert von 7 findet dagegen keine Adsorption statt. Andererseits wird Yttrium-90 vollständig bei dem niedrigen pH-Wert von 1,5 adsorbiert. Bei höheren pH-Werten von 4,6 bis 7,0 findet keine Adsorption statt. Im wesentlichen dasselbe wurde für den Austauscher »D« (Tabelle II) beobachtet.

Tabelle 1

Einfluß des pH-Wertes auf die Adsorption von
Strontium-90/Yttrium-90

	Adsorption von	Adsorption von
pH	Stronlium-90	Yttrium-90
	(Vo)	(Vo)
1,5	100	100
3,2	100	40
3,7	100	21
4,6	100	<1
5,5	100	<1
7,0	<1	<1

Der Einfluß der ÄDTE-Konzentration wurde folgendermaßen bestimmt:

In jeweils drei Gläser wurden vier Scheiben Ionenaustauscherpapier und ΙΟΟμΙ Strontium-90/Yttrium-90 gegeben. Dann wurden 10 ml 0,003 M₁ 0,03 M bzw. 0,15 M ÄDTE bei pH = 4,6 in die Gläser gegeben. Nach 24stündiger Adsorption wurden gleiche Teile der überstehenden Flüssigkeit auf Strontium-90/ Yttrium-90 analysiert. Die folgende Tabelle II zeigt, daß die Adsorption von Strontium-90/Yttrium-90 dieselbe bei allen ADTE-Konzentrationen ist. Identische Werte wurden unter Verwendung des Austauschers »D« erhalten.

Tabelle II

Einfluß der ÄDTE-Konzentration bei pH = 4,6 auf die Adsorption von Strontium-90/Yttrium-90-ÄDTE chung der Elutionseigenschaften und der Stabilität gleichzeitig durchgeführt. Die Tabelle III zeigt, daß ausgezeichnete Elutionseigenschaften und Stabilität nach Durchtritt von 2000 ml Eluierungsmittel und 420 1 Luft beibehalten wurden.

Tabelle IH

Elutionseigenschaften und Stabilität des
Ionenaustauscherpapier enthaltenden Kleingenerators

ÄDTE- Konzentration (M)	Adsorption von Strontium-90 <°,o)	Adsorption von Ytlrium-90 Cn)
0,003 0,03 0.15	100 100 100	VVV

Volumen des	Gewinnung von	Durchbruch von
Eluierungsmittels	Yttrium-90	Strontium-90
(ml)	Wo)	("/*)
15 500	76,0	<0,l
1000	75,3	<0,l
1500	76,4	<0,l
2000	80.0	0,2
420 1 Luft	83,2	<0.1

Die Adsorptionskapazität des Strontiums auf dem Austauscherpapier wurde wie folgt bestimmt:

Zu einer 1,2 cm Scheibe Ionenaustauscherpapier (15,5 mg) wurden 0,1 ml einer 1,5 M Strontiumnitratlösung und 0,3 ml einer 0,003 M ÄDTE-Lösung, pH = 4,6, hinzugegeben. Nach dem Stehenlassen über Nacht zur Adsorption wurde die Lösung filtriert und die Scheibe mit Wasser gewaschen. Zu dem FiI-trat und der Waschflüssigkeit wurde verdünnte Schwefelsäure hinzugegeben, und das ausgefällte Strontiumsulfat wurde mit Wasser gewaschen und bei 100° C im Vakuum getrocknet. Bezogen auf die Ausgangskonzentration an Strontiumnitrat (Überschuß) und das Gewicht von Strontiumsulfat betrug die Kapazität des Ionenaustauscherpapiers 1,6 m Äqu Sr/g. Dieselbe Kapazität wurde für den Austauscher »D« bestimmt. Die Elutionseigenschaften und die Stabilität des Ionenaustauscherpapier enthaltenden Generators wurden wie folgt bestimmt:

Vier Scheiben Ionenaustauscherpapier wurden auf dem Poren enthaltenden Polster des Kleingene;ators angeordnet, und es wurrie eine 100 ul Strontium-90 und 0,25 ml 0,003 M ADTE bei pH = 4,6 enthaltende Lösur.g tropfenwesie hinzugegeben. Der Kleingenerator wurde zusammengebaut, und infolge der ausgezeichneten, nach mehreren Blindversuchen erhaltenen Elutionseigenschaften wurden die Untersu

Beispiel 2

Ein Kleingenerator in Form einer Säule wurde folgendermaßen hergestellt:

Ein Kationenaustauscherharz aus mit Divinylbenzol vernetzten! und Sulfonatreste enthaltendem Polystyrol wurde in die Na^-Form mit NaOH umgewandelt und mit Wasser gewaschen. In eine Chromatographiesäule, welche an einem Ende einen Stopfen aus Glaswolle enthielt, wurden 0.3 ml Harz überführt, die ein Harzbett von 0,6 cm · 1 cm bildeten. 100 iil Strontium-90 in 1 ml 0,003 M ÄDTE-Lösung, pH = 4,6, ließ man durch die Säule hindurchströmen. Dann wurde Yttrium-90 nach entsprechender Wartezeit mit 2 ml 0,003 M ÄDTE-Lösung (pH = 4,8) eluiert. Die Gewinnung des Yttrium-90 betrug mehr als 75⁰O. Die Radionuklid-Reinheit der Ytirium-90-Lösung war besser als 99,9 °/o. Es wurde kein merklicher Durchbruch von Strontium-90 nach dem Waschen der Säulen mit 2 1 Eluierungsmittel beobachtet.

Beispiel 2

In den Beispielen 1 und 2 wurde die ÄDTE-Beladungs- und Eluierungslösung durch 0,3 ⁰Zo Natriumoxalat bzw. 0,3 °/o Ammoniumoxalat bei einem von 7 bis 12,5 reichenden pH-Wert ersetzt, die Gewinnung von Yttrium-90 war größer als 80ⁿ,o bei einer Radionuklid-Reinheit von mehr als 99,9 ⁰Zo. Es wurde kein merklicher Durchbruch von Strontium-90 nach wiederholtem Eluieren beobachtet.

Claims

Eluieren der Säule mit O1OlM ÄDTE, pH-Wert Patentansprüche: — g^, erhalten. Ein gleichartiges System unter Ver-

1. Verfahren zur Gewinnung von geringe Men- Wendung einer Ionenaustauschersäule, welche den gen radioaktives Yttrium-90 enthaltenden wäß- Austauscher »D« von 0,074 bis U,U62mm Mascneiirigen Lösungen von hohem Reinheitsgrad durch 5 weite enthielt, wurde von F Macasek et al. in Beiaden eines stark sauren, auf einem Träger Chemicke Zvest, 19 (1965), 115 beschrieben. Diese oder einem Substrat aufgebrachten Kationen- Säule besaß einen Durchmesser von 0,67 cm und austauscherharzes mit Stronriurn-90 aus wäß- eine Länge von 30 cm. Unter Verwendung von riger, Natriumoxalat, A.mmoniumoxalat oder 0,01 M ÄDTE, pH-Wert = 4 bis 4,5 wurde Äthylendiamintetraessigsäure enthaltender Lö- to Yttrium-90 von Strontium-90 in einer Reinheit von sung und anschließendes Eluieren, dadurch 99,99°/o abgetrennt.

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man bei Verwendung Jedoch war es bisher praktisch nicht möglich, m

von Äthylendiamintetraessigsäure bei einer mo- einem miniaturisierten Generator Yttrium-90 wielaren Konzentration von 0,0003 bis 0,01 und derholt aus dem gleichen Generator und mit beeinem pH-Bereich von 3,5 bis 5,5 und bei Ver- 15 ständig hohem Reinheitsgrad und in hohen Ausbeuwendung der Oxalate bei einer molaren Konzen- ten zu erhalten. Ein weiterer Nachte'l besteht darn·, tration von 0,001 bis 0,07 und einem pH-Bereich daß der Eluierungsvorgang bei den \orbekanntep von 7,0 bis 12,5 arbeitet und einen Generator Arbeitsweisen relativ viel Zeit und große Volumin von weniger als 7,6 cm Gesamtlänge verwendet. an Eluierungsmittel erfordert. Auch hatten Ye

2. Verfahren nach Anspruch 1Γ dadurch ge- 20 suche, große Säulen auf kleinere Abmessungen .· . kennzeichnet, daß als Substrat Papier, insbeson- bringen" bzw. zu miniaturisieren, infolge größer dere in Form kleiner Scheibchen, verwendet Durchbrüche des Muttersotops keinen Erfolg, wird. Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren 71

Gewinnung von geringe Mengen radioaktiv; 25 Yttrium-9Ö enthaltenden wäßrigen Lösungen \o: hohem Reinheitsgrad aus einem miniaturisierten Generator zu schaffen, das sehr gut reproduzierbar un.

Yttrium-90 ist das Tochternuklid von Stron- einfach ist und in hoher Ausbeute verläuft, wobei tk tium-90 und ein bekanntes Isotop, welches haupt- Reinheitsgrad des radioaktiven Yttrium-90 selbsächlich im Hinblick auf die Spaltausbeute, den 30 nach wiederholtem Eluieren aus demselben Gener;: radioaktiven Niederschlag und die Behandlung von tor hoch ist.

Kernbrennstoffen untersucht wurde. Infolge der re- Überraschenderweise wurde gefunden, daß die·-..-

lativ kurzen Halbwertzeit von 2,5 d ist das Isotop Aufgabe durch Verwendung spezieller Eluieruneebenfalls ideal für biologische Untersuchungen, ins- mittel in bestimmten Konzentrationen und Einredebesondere bei Untersuchungen von Pflanzen und 35 lung des pH-Wertes innerhalb spezifischer Bereiche Tieren, wie der inneren Struktur von Pflanzen, ge- gelöst werden kann.

eignet. Die kurze Halbwertzeit von Yttrium-90 be- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung

dingt auch das verbreitete Interesse für Unterrichts- von geringe Mengen radioaktives Yttrium-90 enthalzwecke. Zum Beispiel könnten Schüler bzw. Studen- tenden wäßrigen Lösungen von hohem Reinheitsgrad ten Kerneigenschaften unter Verwendung eines nicht 40 durch Beladen eines stark sauren, auf einem Trage; abgeschirmten Yttrium-90-Generators mit niedriger oder einem Substrat aufgebrachten Kationenaus-Aktivität während einer begrenzten Unterrichtszeit tauscherharzes mit Strontium-90 aus wäßriger, Nabestimmen, falls hierfür ein genügend klein dimen- triumoxalat, Ammoniumoxalat oder Äthylendiaminsionierter Generator zur Gewinnung von geringen tetraessigsäure enthaltender Lösung unrl anschließen Mengen radioaktives Yttrium-90 enthaltenden wäß- 45 des Eluieren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, rigen Lösungen zur Verfügung stünde. Ferner kann daß man bei Verwendung von Äthylendiamintetra Yttrium-90 für verschiedene andere Zwecke, für essigsäure bei einer molaren Konzentration von welche eine kurze Halbwertzeit erforderlich ist, an- 0.0003 bis 0,01 und einem pH-Bereich von 3.5 bis gewendet werden. 5,5 und bei Verwendung der Oxalate bei einer mo-

Zwar sind schon verschiedene Arbeitsweisen zur 50 laren Konzentration von 0,001 bis 0,07 und einem Abtrennung des Yttrium-90 von Strontium-90 in der pH-Bereich von 7,0 bis 12.5 arbeitet und einen Ge Literatur beschrieben worden, wobei ein das Mutter- nerator von weniger als 7.6 cm Gesamtlänge verisotop enthaltender lonenaustauscherträger verwen- wendet.

det wird, doch handelt es sich dabei um Generato- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das

ren üblicher Abmessungen, welche zur Gewinnung 55 Strontium-90 auf einem Substrat bzw. Träger vor, von geringen Mengen des Tochternuklid Yttrium-90 von welchem das Yttrium-90 eluiert wird. Das Stronnicht geeignet sind. Beispielsweise wird von tium-90 wird auf das stark saure Kationenaus-M.Honda et al., Japan Analyst, 4. (1955), 240 eine tauscherharz durch Zusammenbringen mit einer wäß-Säule beschrieben, welche ein Kationenaustauscher- rigen Lösung aufgebracht, welche das Radioisotop harz aus mit Divinylbenzol vernetztem und Sulfo- 60 und entweder die zuvor genannten Oxalate oder natreste enthaltendem Polystyrol (Austauscher »D«, Äthylendiamintetraessigsäure enthält. Obwohl eine 0,084 mm Maschenweite) enthält, auf welchem Spalt- große Vielzahl von Harzen für diesen Zweck verwenprodukte abgelagert sind. Diese Säule besaß eine det werden kann, wird vorzugsweise ein mit Divinyl-Länge von 100 cm und einen Durchmesser von benzol vernetztes und saure Reste, wie Carboxyl 0,45 cm. Durch Eluieren der Kolonne mit 0,5 N 65 gruppen oder Sulfonsäuregruppen, enthaltendes PoIy-Ammoniumacetat und 0,01 M Äthylendiamintetra- styrol verwendet.

essigsäure (ÄDTE), pH-Wert 4,5 bis 7,0, wurde Die Art des Substrats bzw. Trägers ist nicht kri-

Yttrium-90 erhalten. Struntium-90 wurde beim tisch. Es können die verschiedensten Stoffe verwen-