稀土元素的分离的制作方法

稀土元素的分离
相关申请的交叉引用
1.本技术要求2019年11月20日提交的美国临时申请号62/938,103的权益和优先权，将其内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
2.本发明技术总体上涉及稀土元素的分离及其纯化。更特别地，其涉及从辐照靶中分离和纯化镥，所述辐照靶包含其他稀土金属诸如镱。


技术实现要素：

3.在一方面，提供了一种用于纯化镥的方法，所述方法包括提供其中具有镱和镥的固体组合物，并且在减压下并且在约400℃至约3000℃的温度下从所述固体组合物中升华或蒸馏镱以留下包含比存在于所述固体组合物中更高重量百分比的镥的镥组合物(即，富镥组合物或样品)。在一些实施方案中，所述温度可以是约450℃至约1500℃。在以上任何实施方案中，所述减压可以是约1x10-8
至约750托。在以上任何实施方案中，所述升华或蒸馏可以以约1分钟/克至约10小时/克固体组合物的速率进行。在以上任何实施方案中，所述固体组合物可以包含yb-176和lu-177。
4.在另一方面，方法包括使包含yb-176和lu-177的样品经受升华、蒸馏或其组合以从所述样品中除去所述yb-176的至少一部分以形成富lu-177样品。
附图说明
5.图1是在1微托恒压下镥和镱的t-x-y图。
6.图2是镱和镥蒸馏/升华室的示意图。
具体实施方式
7.在下文中描述了各种实施方案。应当注意，特定实施方案不旨在作为详尽的描述或作为对本文所讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施方案描述的一个方面不一定限于该实施方案并且可以与任何其他一个或多个实施方案一起实践。
8.如本文所用，“约”将为本领域普通技术人员所理解，并且在某种程度上将根据其使用的上下文而变化。如果考虑到其使用的上下文本领域普通技术人员并不清楚所述术语的使用，则“约”将意指高达特定术语的正负10％。
9.除非本文另有指示或根据上下文明显矛盾，否则在描述要素的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)术语“一个/一种(a/an)”和“所述”和类似指示语的使用应被解释为覆盖单数和复数两者。除非本文中另有指示，否则本文中列举的数值范围仅旨在用作个别地提到落在该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值纳入说明书中如同其在本文中个别列举一般。除非本文中另有指示或与上下文明确矛盾，否则本文所述的所有方法都能以任何合适的顺序来进行。除非另外说明，否则本文中提供的任何和所有例子
或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明实施方案，并且不对权利要求的范围施加任何限制。说明书中的语言不应当被解释为指示任何未要求保护的要素是必需的。
10.镥-177(lu-177)用于治疗神经内分泌肿瘤、前列腺癌、乳腺癌、肾癌、胰腺癌和其他癌症。在未来几年，每年大约70,000名患者将在其医学治疗期间不需要添加载体的lu-177。lu-177可用于许多医学应用，因为它在衰变过程中它会发出适用于治疗肿瘤的低能量β粒子。它还发射两束γ射线，其可以用于诊断测试。具有治疗和诊断特征两者的同位素被称为“治疗诊断性的”。lu-177不仅是治疗诊断性的，它还具有6.65天的半衰期，这允许使用更复杂的化学物质以及允许全局分布。lu-177还展现出允许与许多生物分子结合的化学特性，用于多种多样的医学治疗。
11.产生lu-177有两种主要生产途径。一种是通过lu-176上的中子俘获反应；lu-176(n,γ)lu-177。这种生产方法被称为添加载体(ca)的lu-177。载体是呈与感兴趣的同位素相同化学形式的相同元素(在这种情况下为lu-176)或类似元素的一种或多种同位素。在微化学中，由于浓度极低，感兴趣的化学元素或同位素的化学行为与预期不同。除此之外，相同元素的同位素不能被化学分离，并且需要质量分离技术。因此，载体方法导致所产生的lu-177具有有限的医学应用。
12.lu-177的第二种产生方法是在镱-176(yb-176)上的中子俘获反应(yb-176(n,γ)yb-177)以产生yb-177。yb-177然后迅速(1.911小时的t
1/2
)β衰变成lu-177。yb-174杂质典型地存在于yb-176中，导致最终产物中另外的lu-175杂质。此过程被认为是“不添加载体”的过程。所述过程可以作为镱金属或氧化镱进行。
13.本公开文本描述了一种用于分离由不添加载体的方法获得的yb和lu的方法。所述方法包括蒸馏/升华过程以纯化镥并且在辐照后除去过量的yb。
14.yb和lu的分离可以至少部分地利用它们在特定温度和压力下的蒸气压差异。例如，在标准温度和压力下，yb的沸点是1196℃，而lu的沸点是3402℃。在特定温度和压力下的蒸气压差可以用于通过升华和/或蒸馏分离yb和lu。图1是在1微托恒压下镥和镱的t-x-y图。图中，下方的线(即，泡点)表示给定温度下的凝聚相组成，而上方的线(即，露点)表示气相。曲线图是使用理想气体和理想溶液假设制作的，考虑到这两种组分的低压、高温和化学相似性，所述假设是有效的。
15.在升华中，元素的固相通过加热直接转化为气相，并且然后可以收集气相以备后用。在蒸馏中，固体被加热到其沸点(经过液相)并且被蒸发掉。蒸发的级分可以然后在蒸气冷凝后在下游回收。在这种情况下，镱被蒸发(并且其可以在下游收集以备后用)，留下富镥材料。这可以以较大规模进行，因此增加了可用镥的量。注意，收集到的yb可用于再循环到反应器中，以在所述过程的后续运行中产生另外的lu。
16.蒸馏/升华装置通常包括具有适当的气体、冷却、真空、能力和仪器馈通的高真空室。参考图2，装置100具有适当的容积以容纳悬挂或支撑在rf感应加热线圈170内的耐火坩埚190以及具有收集基底的冷却指160。具有适当末端执行器的冷却指(冷却棒)160直接布置在坩埚190上方并且能够移动，这允许坩埚的开口端对真空系统开放或密封在收集基底上。所述装置具有适当的仪器来监测室140的真空压力、坩埚180的温度和冷板120的温度。装置100容纳在室105内，所述室具有通向坩埚的进入端口110。装置100还包括真空泵连接150和至少一个用于惰性气体引入的端口200。
17.通常，通过蒸馏和/或升华的初步纯化过程如下进行。将富yb-176金属靶包装在末端密封的直径1cm石英管中。然后将石英管密封在适合辐照并且不透水或空气进入的惰性外包装(例如，铝)中。将密封的外包装放置在反应器内并且辐照几小时至几天(取决于通量和批次要求)以在yb-176靶内生成lu-177。辐照后，将经辐照的yb金属靶移除到惰性环境中并且放置在耐火金属坩埚(例如，钼或钽)内，并且放置在减压的真空室中。然后通过射频(rf)感应将坩埚加热。当yb金属从加热的坩埚中升华时，其沉积在冷却指上，所述冷却指被主动冷却以进行收集。随着升华的进行，坩埚被加热到更高的温度。在所述过程的这个阶段，产生的镥或氧化镥、微小量的镱或氧化镱以及痕量污染物保留在坩埚中。然后将包括镥在内的坩埚内容物溶解在酸中以将它们从坩埚中移除并且转移至色谱分离装置。
18.因此，在第一方面，提供了一种用于纯化镥的方法。所述方法包括提供包含镱和镥的固体组合物，并且在减压下并且在约400℃至约3000℃的温度下从所述固体组合物中升华或蒸馏镱以留下包含比存在于所述固体组合物中更高重量百分比的镥的镥组合物。如所指出的，从固体组合物中升华/蒸馏的镱可以再循环作为另外的辐照靶材料。
19.根据各种实施方案，升华和/或蒸馏的温度可以是从约450℃至约1500℃或从约450℃至约1200℃。此外，根据各种实施方案，压力可以是从约1x10-8
至约1520托。在其他实施方案中，温度可以是从约450℃至约1500℃，并且压力是从约2000托至约1x10-8
托；或温度可以是从约450℃至约1200℃，并且压力是约1000托至约1x10-8
托。在一些实施方案中，分离包括从固体组合物中蒸馏镱，其中压力可以是从约1托至约1x10-6
托，并且温度是约450℃至约800℃。在一些实施方案中，分离包括从固体组合物中蒸馏镱，其中压力可以是从约1x10-3
托至约1000托，并且温度是约600℃至约1500℃。在一些实施方案中，分离包括从固体组合物中蒸馏镱，其中压力可以是从约1x10-6
托至约1x10-1
托，并且温度是约470℃至约630℃。
20.在一些实施方案中，可以使用升温速率以避免含有镥的受试yb样品起泡或不均匀加热以及蒸发和除去受试yb样品内的其他污染物。在一些实施方案中，可以使用在10分钟至2小时的时间段内的升温速率来确保含有镥的受试yb样品不会起泡或不均匀加热。可以通过坩埚间接监测样品的温度。在其他实施方案中，在加热坩埚之前建立真空以使样品脱气。此真空可以是约1x10-6
托，持续大约5分钟至1小时。可以使用涡轮分子泵来实现高真空水平。
21.升华和/或蒸馏步骤所需的时间段可能变化很大并且取决于样品中材料的量、温度和压力。其可以从约1秒至约1周变化。在一些实施方案中，其为与时间问题相关的升华或蒸馏速率。在一些实施方案中，其可以在约1min/g(分钟/克)至约10h/g(小时/克)固体组合物、或约约10min/g至约100min/g固体组合物、或约20min/g至约60min/g固体组合物的速率下。在一个实施方案中，速率可以是约40min/g固体组合物。
22.与进入所述过程的固体组合物相比，升华/蒸馏过程产生富镥样品(“镥组合物”)。产率和纯度可以以多种方式测量。例如，在一些实施方案中，所述过程使固体组合物的镱质量从10:1减少到10,000:1。换言之，升华/蒸馏完成后，样品中的镱比所述过程前少10至10,000倍。在回收的镥组合物(即，经受酸溶解的坩埚内容物)中，在一些实施方案中，可以存在相对于总剩余质量约1wt％至99.9wt％的镱。在一些进一步的实施方案中，可以存在相对于总剩余质量约1wt％至90wt％的镱。在其他实施方案中，从升华/蒸馏收集镱，其量为固体组
合物中存在的镱的约90wt％至约99.999wt％。还进行纯化步骤以除去其他痕量金属和污染物。例如，可以除去诸如k、na、ca、fe、al、si、ni、cu、pb、la、ce、lu(非放射性)、eu、sn、er和tm的金属、金属氧化物或金属离子的材料。以另一种方式来说，方法包括使包含yb-176和lu-177的样品经受升华、蒸馏或其组合以从样品中除去yb-176的至少一部分并且形成富lu-177样品。
23.已经观察到，可以实现yb的减少大于1000:1(即，存在的yb的量减少1000倍)的纯化。这包括大于大约3000:1、大于8000:1、大于10,000:1、直至并且包括大约40,000:1。然而，为了满足一些药物产品的纯度要求，可能需要更高的yb减少。因此，可以在用于药物应用之前进行另外的纯化。
24.如此总体描述的本发明将通过参考以下实施例更容易地理解，所述实施例以说明的方式提供并且不旨在限制本发明。实施例
25.概述。升华/蒸馏装置的描述。所述装置包括具有适当的气体、冷却、真空、能力和仪器馈通的高真空室。所述装置具有适当的容积以容纳悬挂或支撑在rf感应加热线圈内的耐火坩埚以及具有收集基底的冷表面。具有适当末端执行器的冷却指(冷却棒)直接布置在坩埚上方并且能够移动，这允许坩埚的开口端对真空系统开放或密封在收集基底上。所述装置具有适当的仪器来监测室的真空压力、坩埚的温度和冷板的温度。
26.升华/蒸馏过程的描述。1.将富yb-176金属包装在抽真空或含有惰性气体的末端密封的直径1cm石英小瓶中。2.将石英小瓶密封在适合辐照并且不透水或空气进入的惰性外包装(即，铝)中。3.将密封的外包装放置在反应器内并且辐照几小时至几天(取决于通量和批次要求)。4.从反应器去除外包装。5.将运输桶装载到加工热单元或隔离器中。6.打开装有辐照金属的石英小瓶，并且移除经辐照的yb金属靶。7.将经辐照的yb金属靶放置在耐火金属坩埚(例如，钼或钽)内。8.在惰性气氛(例如，he、n2、ar等)下，将室抽空，直到获得大约1x10-6
托的稳定压力。9.然后通过射频(rf)感应加热将坩埚加热至大约470℃。在此温度下，由于针对少量yb蒸气的工程化泄漏路径，真空室内的压力略有上升表明yb直接升华。当yb金属从加热的坩埚中升华时，它选择性地沉积到冷却指上，所述冷却指被主动冷却以进行收集和在步骤1中重复使用。10.每克起始材料允许升华持续大约40分钟，并且通过真空压力从约5x10-6
托突然下降到小于约1x10-6
托来鉴定所述过程的完成。11.升华完成后，将坩埚进一步加热至大约600℃，持续10分钟。在这个阶段，只有微小量的镥、微小量的氧化镱和痕量污染物保留在坩埚中。12.然后将稀hcl(大约2ml，大约2m)添加到坩埚中以溶解剩余的材料，然后用移液
管或注射筒将所述材料去除并且用0.22μm膜过滤。
27.实施例1.所述过程的说明性实施例。向石英小瓶中装载
176
yb金属(10g)并且辐照6天，从而将一些
176
yb转化为
177
lu。然后将混合的
176
yb/
177
lu样品转移到坩埚中并且装载到真空室中。然后在le-6托的外部压力下将坩埚加热至650℃，持续大约24小时，在此时间期间，一部分
176
yb在坩埚内升华到真空室内的冷却指上，并且
177
lu保留在坩埚中。然后可以将
176
yb再循环用于进一步辐照。
28.尽管已经说明和描述了某些实施方案，但是应当理解，可以根据本领域的普通技术在其中进行改变和修改，而不背离在如以下权利要求中所限定的其更宽的范围内的技术。
29.本文说明性描述的实施方案可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个要素、一个或多个限制的情况下进行合适的实践。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应当以广阔且无限制的方式来理解。另外，本文采用的术语和表达已经被用作具有描述性而没有限制性的术语，并且在使用此类术语和表达时并非意图排除所示和所述特征或其部分的任何等效物，而是认为在所要求保护的技术的范围内可以进行各种修改。另外，短语“基本上由......组成”将被理解为包括那些具体列举的元素和那些不实质影响所要求保护的技术的基本和新颖特征的那些另外元素。短语“由......组成”不包括任何未指定的元素。
30.本公开文本不受限于本技术中描述的特定实施方案。如本领域技术人员所清楚地，可以在不脱离其精神和范围的情况下进行许多修改和变化。本领域技术人员从前面的描述中将清楚除了本文列举的那些方法和组合物外的在本公开文本的范围内的功能上等同的方法和组合物。这样的修改和改变旨在落入所附权利要求的范围内。本公开文本仅由所附权利要求的权项以及这样的权利要求有权要求的等同物的全部范围来限制。应当理解，本公开文本不受限于特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，其当然可以变化。还应理解，本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不旨在是限制性的。
31.另外，在本公开文本的特征或方面按马库什群组(markush group)来描述的情况下，本领域技术人员将认识到，本公开文本因此也按马库什群组的任何单独成员或成员亚组来描述。
32.如由本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，特别是就提供书面描述而言，本文公开的所有范围还涵盖其任何和所有可能的子范围和子范围的组合。任何所列范围都可容易地识别为充分描述相同范围并且使得相同范围能分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性例子，本文中讨论的每个范围可容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。同样如本领域技术人员可理解，所有诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”等言辞都包括所述数字并且涉及随后可分解为如上讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员可理解，范围包括每一个别成员。
33.将本说明书中提及的所有出版物、专利申请、授权专利和其他文件均通过引用并入本文，如同具体且单独地指示将每个单独的出版物、专利申请、授权专利或其他文件通过引用以其整体并入一样。在通过引用并入的文本中包含的定义与本公开文本中的定义相抵触的程度上，将其排除。
34.在以下权利要求中阐述了其他实施方案。