14C同位素研究进展

¹⁴C是一种重要的放射性示踪剂,能够揭示物质的分布、代谢机制及迁移路径,广泛应用于生物医药、农业、地质和环境等领域。近年来¹⁴C标记化合物的需求不断增长,其应用研究领域不断拓展。本文总结了¹⁴C同位素的来源、制备和分离纯化方法,¹⁴C标记化合物的制备和结构鉴定方法,以及¹⁴C标记化合物在相关研究领域的应用情况,着重探讨了¹⁴C同位素分离纯化技术的发展现状和趋势,希望在解决¹⁴C排放污染的同时,实现¹⁴C的资源化利用,并促进¹⁴C应用研究的进一步发展。     

2015—2017年广东省阳江核电站周围环境空气及生物样品中3H和14C放射性水平监测

介绍了广东省阳江核电站2015—2017年周围环境空气及生物样品中³H和¹⁴C放射性水平的监测结果。结果表明,大澳、允泊空气中³H 和¹⁴C放射性水平与对照点相近,与本底调查相近;观景平台、大澳、平堤水库监测点的³H 和¹⁴C的放射性水平相近,与对照点相近。     

基于湿法氧化法测量放射性废树脂中3H和14C的方法

基于湿法氧化法对核电厂产生的放射性废树脂进行前处理,建立了树脂中³H和¹⁴C的测量方法,分析了影响方法回收率的因素,并对国内某核电厂废树脂中的³H和¹⁴C进行了测量。结果表明,H₂O₂浓度对方法回收率影响最大,在最优的氧化条件下,方法回收率达96.8%;³H和¹⁴C最小可探测比活度分别为41 Bq/g和1.3 Bq/g;¹⁴C测量结果与《生物样品中¹⁴C的分析方法 氧弹燃烧法》(GB/T 37865-2019)的测量结果相比,无显著性差异,¹⁴C测量精密度为10.2%。对国内某核电厂废树脂进行测量,³H和¹⁴C的平均比活度分别为（6 134 ±640） Bq/g和（2 724±147） Bq/g。     

稳定同位素13C或D标记对甲氧基苯甲酸的合成

稳定同位素标记对甲氧基苯甲酸是防腐剂、香料及药物等稳定同位素标记内标试剂合成中的重要中间体。本文以尼泊金乙酯(对羟基苯甲酸乙酯)和碘甲烷-¹³C或碘甲烷-D₃为原料,碱性条件下经2步反应合成对甲氧基苯甲酸-甲氧基-¹³C和对甲氧基苯甲酸-甲氧基-D₃。通过单因素实验确定适合的反应温度、物料摩尔比、反应时间,优化工艺参数为：反应温度为80 ℃,物料摩尔比n(碘甲烷-¹³C/D₃)∶n(尼泊金乙酯)=1.15∶1,反应时间为6 h。产品经液质联用仪（LC-MS）测试化学纯度和同位素丰度、经核磁共振（¹H NMR）进行结构确认,对甲氧基苯甲酸-甲氧基-¹³C的收率为91.12%,碘甲烷¹³C利用率为79.32%,产品熔点为186.5~187.8 ℃,化学纯度为99.1%,¹³C同位素丰度为99.0%;标记对甲氧基苯甲酸-甲氧基-D₃的收率为90.49%,碘甲烷-D₃利用率为78.70%,产品熔点为186.3~188.1 ℃,化学纯度为99.0%,D同位素丰度为98.1%。     

重水堆核电站气态14C的产生释放及控制研究

核电站气态流出物中的¹⁴C主要通过呼吸和饮食两种途径进入人体,对人体形成内照射伤害。重水堆¹⁴C的产量约为相同装机容量轻水堆的40倍,因此,重水堆气态¹⁴C的排放控制对保护公众健康尤为重要。本文通过研究重水堆核电站¹⁴C产生机理,分析和计算各系统¹⁴C存在的形态以及产生量,梳理¹⁴C在重水堆核电站内的转移过程及最终排放的途径,提出了减少气态¹⁴C向环境排放的措施,为重水堆核电站有效控制气态¹⁴C排放提供了指导。     

14C大面积平面源的研制

为了解铝阳极氧化膜的吸附性能对制备¹⁴C大面积平面源的影响,研究不同厚度（4~12 μm）的铝氧化膜对¹⁴C的吸附效率,吸附槽中溶液的量对¹⁴C的吸附效率、平面源均匀性的影响,以及¹⁴C溶液比活度对吸附率的影响,并对研制的¹⁴C平面源进行均匀性、牢固性检测,以及发射率定值。结果显示,研制的¹⁴C平面源（100 mm×150 mm）均匀性<10%,牢固性<0.01%;使用2πα、2πβ表面发射率标准装置测量¹⁴C平面源,坪区达到400 V,每100 V坪斜为0.3%,小能量损失修正因子为0.2%;测量不确定度为2%（k=2）。研制的¹⁴C平面源技术参数满足相关平准源标准的要求。     

同位素标记原儿茶酸-(13COOH)的合成研究

设计了以3,4-二甲氧基溴苯为原料,经格利雅反应制备得到格式试剂,通入¹³C标记的¹³CO₂气体,制备得中间体3,4-二甲氧基苯甲酸-（¹³COOH）。将中间体用BBr₃脱除甲基后得到粗产品,粗产品再经过活性炭脱色,冷却结晶得到原儿茶酸-（¹³COOH）。设计的合成路线操作简单,工艺流程短,副产物少,收率可达45%,¹³C同位素丰度稀释低。产物经HPLC、MS、¹H-NMR 和¹³C NMR表征,结果表明：制备的原儿茶酸-（¹³COOH）化学纯度＞99%,¹³C同位素丰度＞98%,作为重要的示踪剂,可为医药和化工领域研究提供基础。     

161Tb标记放射性药物的研究进展

放射性镧系元素¹⁶¹Tb与广泛使用的放射性核素¹⁷⁷Lu性质相似,且疗效更好,有望成为新型的放射性治疗核素。目前,应用¹⁶¹Tb的研究主要集中于¹⁶¹Tb标记生物分子的体内行为,以及与¹⁷⁷Lu相比,其对恶性肿瘤的疗效。初步的治疗研究表明,在相同的活度下,¹⁶¹Tb在肿瘤治疗方面比¹⁷⁷Lu更有效。本研究对¹⁶¹Tb的特性、制备及其标记放射性药物的研究进展进行综述,为治疗用放射性核素的开发及临床应用提供参考。     

压水堆核电厂气态流出物环境累积效应研究

核电厂运行寿期内放射性气载流出物通过烟囱向环境排放,其中部分放射性物质会沉降并在环境中累积。为评估其累积效应,本文选取³H、¹⁴C和以气溶胶形式存在的⁸⁸Kr/⁸⁸Rb、⁶⁰Co、¹³¹I和¹³⁷Cs作为代表性核素,采用³H、¹⁴C平衡模型和气溶胶迁移扩散模型,分析了核电厂运行寿期内各核素的环境累积活度浓度。分析结果表明：代表性核素显示出了环境累积效应,绝大多数代表性核素的环境累积活度浓度远小于0.1 Bq/kg,但³H和¹⁴C的环境累积活度浓度略高,分别达2.51 Bq/kg和2.35 Bq/kg;各核素环境累积活度浓度预测结果远低于EPR-RSR给出的相应限值,不会对土地再利用造成影响;以气溶胶形式存在的放射性核素的环境浓度表现出较明显的累积增长趋势,增长趋势与半衰期和放射性核素在环境中的迁移行为相关。根据研究结果,对我国核电厂环境影响评价中典型核素的环境累积效应预测和环境监测提出了建议。     

68Ga标记药物研究进展

正电子发射型计算机断层显像(positron emission tomography, PET)是核医学领域重要的诊断及显像工具,在基础医学诊断、新药研发和疗效评价等各方面发挥越来越重要作用。¹⁸F是PET显像最常用的核素,但¹⁸F需要加速器生产。⁶⁸Ga为PET显像核素,可以从长寿命的⁶⁸Ge/⁶⁸Ga发生器装置获得,不必依赖加速器。随着配位化学的发展,各种双功能螯合剂用于⁶⁸Ga的标记,可将⁶⁸Ga与多种化学结构及生物分子连接并且可以药盒化⁶⁸Ga标记药物。本文主要介绍近期⁶⁸Ga标记放射性药物的研究进展。     

利用锶特效树脂和正比计数器同时快速分析89Sr和90Sr

本文建立了利用锶特效树脂分离后采用正比计数器进行2次测量从而同时并快速获得⁸⁹Sr和⁹⁰Sr含量的方法,研究了⁹⁰Y的生长因子及⁸⁹Sr/⁹⁰Sr活度比对⁸⁹Sr和⁹⁰Sr测量结果的影响。结果表明,增大⁹⁰Y的生长因子,更有利于准确获得⁸⁹Sr和⁹⁰Sr的活度。将本方法应用于⁸⁹Sr/⁹⁰Sr活度比为0.22～21.8样品中⁸⁹Sr和⁹⁰Sr的分析,测量值与掺标值的相对偏差小于±30%;不确定度分析表明,一个核素的不确定度将随另一核素活度比或活度的增加而增加。IAEA能力验证样品的分析结果显示,⁸⁹Sr和⁹⁰Sr测量值与指定值的相对偏差最大为7.44%,证实了本方法的准确性。     

18F-NaF注射液的制备及新西兰兔骨折显像

由外伤或肿瘤骨转移造成的隐匿性骨折和愈合情况的准确诊断对制定合适的治疗方案具有非常重要的意义。为考查¹⁸F-NaF PET显像用于骨折诊断的诊断效能,本研究制备了¹⁸F-NaF注射液,并对其进行了质量控制和稳定性研究,然后建立新西兰兔骨折动物模型,模型建立约2周后进行了¹⁸F-NaF PET显像和⁹⁹Tc^m-亚甲基二磷酸盐（⁹⁹Tc^m-MDP）SPECT显像的自身对照实验,并对显像效果进行了比较。结果表明：¹⁸F-NaF的产量大于37 GBq,各项检验结果均符合质控要求,40 ℃下放置8 h和30 ℃下放置10 h所有检验结果均无明显变化;¹⁸F-NaF PET和⁹⁹Tc^m-MDP SPECT两种显像方式均可见全身骨骼,骨折部位呈明显放射性浓聚,但¹⁸F-NaF给药后30 min即可进行PET显像,骨折部位显示更为清晰,骨折部位与对侧正常骨骼的放射性摄取比（T/NT）明显高于⁹⁹Tc^m-MDP,而⁹⁹Tc^m-MDP需在给药后2 h才能进行SPECT显像。本研究表明¹⁸F-NaF PET对骨折的显像性能优于⁹⁹Tc^m-MDP,可明显提高检查流通量和诊断效能。     

13C同位素的分离工艺设计与实验研究

本文综述了在¹³C同位素的分离研究中建立“数值模拟+实验研究”的工程化研究方法,完成了一氧化碳低温精馏法分离稳定性同位素¹³C的计算机辅助设计,以及低温精馏工程实验研究。通过CO低温精馏单塔实验测定了¹³C同位素分离体系的基础参数;利用计算机辅助设计了¹³C分离二塔级联工艺,并得到了级联装置的优化参数;通过低温精馏分离¹³C二塔级联实验,对优化设计结果进行检验。研究结果表明,课题建立的“数值模拟+实验研究”相结合的工程研究方法可靠,在¹³C同位素分离中得到了实际应用;课题建立的研究方法提高了¹³C同位素分离的设计水平、降低了实验成本、提高了研发效率,为¹³C同位素分离工业化生产装置的设计提供了可靠的技术方法。     

以七氟丙烷为介质离心分离碳同位素

以七氟丙烷（C₃HF₇）为分离介质,通过气体离心法研究碳同位素的分离制备。利用国产气体离心机开展单机离心分离实验,通过气体质谱仪分析C₃HF₇样品,计算不同工况条件下的分离系数和单机分离功率,分离系数可达1.12。在单机实验结果的基础上,采用相对丰度匹配级联（MARC）模型,对富集¹³C的生产进行级联计算。选取分离功率最大的实验工况作为计算参数,通过三次级数分别为30、60、75的级联分离,可以将¹³C的丰度从天然丰度富集至30%以上。综合考虑单机实验和级联计算的结果,以C₃HF₇为介质离心分离碳同位素可行。     

发酵优化制备L-赖氨酸盐酸盐-13C6、15N2

采用北京棒杆菌（Corynebacterium pekinense）ZLD118（HS^-、AEC^r）发酵制备稳定同位素双标记的L-赖氨酸盐酸盐-¹³C₆、¹⁵N₂。对菌种的发酵培养条件和发酵培养基配方进行优化,采用优化后的发酵工艺制备高丰度稳定同位素¹³C、¹⁵N双标记L-赖氨酸,经离子交换树脂提纯、活性炭脱色精制后,产品的¹³C丰度达98.61%,¹⁵N丰度为98.15%,纯度为98.47%,产率为88.8%。结果表明,该工艺可进一步用于放大制备。