專利名稱：一種¹⁸O-硝酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定性同位素氧-18標(biāo)記化合物的制備方法，尤其是涉及一種 180-硝酸的制備方法。
背景技術(shù)：
自然界中氧(O)元素有三種穩(wěn)定性同位素160、 "0、 180，質(zhì)量數(shù)分別為 16、 17、 18，天然豐度分別為99.76%、 0.036%、 0.204%，且均無放射性，都是穩(wěn) 定性同位素。氧-18作為一種穩(wěn)定性同位素，它的應(yīng)用主要是利用同位素物理和化 學(xué)性質(zhì)相近的性質(zhì)，即"同位素示蹤技術(shù)"，如應(yīng)用于生物體代謝、藥物合成步驟 控制、環(huán)境科學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)、化學(xué)鏈特性和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、核醫(yī)學(xué)診斷等方面的 研究。根據(jù)不同的需要，氧-18同位素可以合成不同的標(biāo)記化合物。例如由氫與氧-18 同位素結(jié)合的產(chǎn)物稱重氧(180)水，也稱為氧-18水，分子式為H2180，分子量為 20.0，其化學(xué)性質(zhì)與普通水(H2160)完全相同，重氧(180)水作為核醫(yī)學(xué)診斷試 劑廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)PET (正電子發(fā)射計(jì)算 機(jī)斷層顯像技術(shù))的快速發(fā)展，導(dǎo)致作為核醫(yī)學(xué)診斷試劑重氧水用量大增。硝酸(HN03)是一種重要的化工原料，在工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中都很常用的酸。 作為硝酸鹽和硝酸酯的必需原料，硝酸被用來制取一系列硝酸鹽類氮肥，如 硝酸銨、硝酸鉀等，硝酸與氨作用生成硝酸銨，它也是一種化肥，含氮量比 硫酸銨高，對于各種土壤都有較高的肥效。將氧-18同位素標(biāo)記至180-硝酸 (HN1803)，可以制成多種標(biāo)記化合物，尤其是制成硝酸銨、硝酸鉀等化學(xué)肥料， 對于研究植物特別是農(nóng)作物的代謝研究和植物合成碳水化合物及蛋白質(zhì)的機(jī)理具 有重大的意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡單、易操作、能耗少、產(chǎn)品純度高、180損失少的180-硝酸的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種180-硝酸的制備方法，其特 征在于，該制備方法具體包括以下步驟(1) 將硝酸原料與氧-18水在反應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，溫度控制 在50 8(TC，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在1 10天，硝酸與氧-18水的摩爾配比在i : 3 1 : 20;(2) 在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18 水，壓力控制在50 200mmHg，溫度控制在40 70°C ，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸 銨晶體；(3) 在反應(yīng)釜中加入過量的酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重新 生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在50 200mmHg，溫度控制在40 70 °C，將生成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180-硝酸產(chǎn)品。所述的硝酸原料的180的原子百分?jǐn)?shù)為0.2% 98%。所述的硝酸原料是180為天然豐度的或者是經(jīng)過氧同位素交換反應(yīng)后的180-硝酸產(chǎn)品。所述的氧-18水的180的原子百分?jǐn)?shù)>98%。所述的步驟(3)中的酸選自硫酸、鹽酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯甲酸中的一種。所述的180-硝酸產(chǎn)品與氧-18水重復(fù)上述步驟(1) - (3)，得到高豐度的180-硝酸產(chǎn)品。所述的180-硝酸產(chǎn)品的180的原子百分?jǐn)?shù)為10% 98%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將天然豐度的硝酸與氧-18水在反應(yīng)釜中進(jìn)行同位素 交換反應(yīng)，最終可以得到高豐度的180-硝酸產(chǎn)品。本發(fā)明工藝簡單、易操作、能耗 少、產(chǎn)品純度高、180損失少。


圖1為制備180-硝酸的裝置示意圖。圖中1-恒溫加熱釜，2-反應(yīng)釜，3-溫度計(jì)，4-真空緩沖管，5-冷阱，6-液氮冷阱。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示是制備180-硝酸的裝置示意圖。先將一定量氧-18水(180豐度> 98%)放入反應(yīng)釜2中，再緩慢加入一定量的硝酸，反應(yīng)釜2為三口燒瓶，其中中 間口設(shè)有溫度計(jì)3測量反應(yīng)釜2的溫度，左邊口設(shè)有真空緩沖管4，右邊口設(shè)有冷 阱5，冷阱5連接液氮冷阱6。通過恒溫加熱釜1將溫度控制在50 8(TC并保持整 個(gè)反應(yīng)釜2的密閉狀態(tài)，在此條件下讓硝酸和氧-18水在反應(yīng)釜2中進(jìn)行氧同位素 的交換反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間控制在1 10天，硝酸與氧-18水的摩爾配比在1 : 3 1 : 20，反應(yīng)時(shí)間和摩爾配比可以根據(jù)硝酸中180豐度進(jìn)行調(diào)整，如果硝酸中180豐度 較高可以減少反應(yīng)時(shí)間并減小硝酸與氧-18水的摩爾配比。為了跟蹤交換反應(yīng)的進(jìn) 程，可在反應(yīng)過程中取少量樣品用氨氣中和、蒸發(fā)，再用酸轉(zhuǎn)化成硝酸，加入苯甲 醚的二氯甲垸溶液，利用質(zhì)譜分析4-(硝基-1802)苯甲醚，即可知硝酸中180的豐 度。反應(yīng)后的溶液中通入過量氨氣中和，減壓蒸餾除去氧-18水，壓力控制在50 200mmHg，溫度控制在40 70°C，直至反應(yīng)釜中得到白色的180-硝酸銨晶體。在 反應(yīng)釜中再加入過量的酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重新生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在50 200mmHg，溫度控制在40 70°C ，將生 成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，在液氮冷阱中可以得到180-硝酸產(chǎn)品。將得到180-硝酸產(chǎn)品可以與氧-18水(180豐度>98%)重復(fù)以上過程，從而得到高豐度的180-硝酸產(chǎn)品。本發(fā)明的反應(yīng)方程式為HN03+H2180=HN1803+H20HN1803+NH3=NH4N1803NH4N1803+H*R=HN1803+NH4*R實(shí)施例1將18o豐度為0.2%的硝酸2mol與氧-18水25mol (180豐度為98.5%)在反應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，溫度控制在70°C，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反 應(yīng)時(shí)間為10天。在反應(yīng)后的溶液中通入過量的氨氣中和，減壓蒸餾除去氧-18水， 壓力控制在80mmHg，溫度控制在40 42°C ，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體。 在反應(yīng)釜中加入過量的甲磺酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180 -硝酸銨晶體，重新生成180 -硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在80mmHg，溫度控制在40 42°C，將生 成的180 -硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180豐度為16%180-硝酸產(chǎn)品0.8mol。 實(shí)施例2將180豐度為39%的硝酸1.2mol與氧-18水lOmol (180豐度為98.5%)在反 應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，溫度控制在70°C，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)， 反應(yīng)時(shí)間為6天。在反應(yīng)后的溶液中通入過量的氨氣中和，減壓蒸餾除去氧-18水， 壓力控制在100mmHg，溫度控制在48 52°C，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體。 在反應(yīng)釜中加入過量的鹽酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重新生成180 -石肖酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在100mmHg，溫度控制在48 52°C，將生成 的180 -硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180豐度為76%180-硝酸產(chǎn)品0.6mol。實(shí)施例3一種180-硝酸的制備方法，該制備方法具體包括以下步驟(1) 將經(jīng)過同位素交換反應(yīng)后的180-硝酸原料與180豐度>98%的氧-18水在 反應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，所述的180-硝酸原料的180豐度的原子百分?jǐn)?shù) 為98%，溫度控制在5(TC，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在10天，硝 酸與氧-18水的摩爾配比在1 : 20;(2) 在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18 水，壓力控制在50mmHg，溫度控制在70。C，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體；(3) 在反應(yīng)釜中加入過量的三氟乙酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體， 重新生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在50mmHg，溫度控制在70°C， 將生成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180-硝酸產(chǎn)品，得到的180-硝酸產(chǎn)品 的180的原子百分?jǐn)?shù)為20%。實(shí)施例4一種180-硝酸的制備方法，該制備方法具體包括以下步驟(1) 將天然豐度的180-硝酸原料與180豐度為99%的氧-18水在反應(yīng)釜中進(jìn)行 氧同位素的交換反應(yīng)，所述的180-硝酸原料的180豐度的原子百分?jǐn)?shù)為0.2%，溫 度控制在8(TC，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在l天，硝酸與氧-18水 的摩爾配比在1:3;(2) 在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18 水，壓力控制在200mmHg，溫度控制在40'C,在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體；6(3)在反應(yīng)釜中加入過量的硫酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重 新生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在200mmHg，溫度控制在4(TC，將 生成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180-硝酸產(chǎn)品，得到的180-硝酸產(chǎn)品的 180的原子百分?jǐn)?shù)為10%。 實(shí)施例5一種180-硝酸的制備方法，該制備方法具體包括以下步驟(1) 將天然豐度的180-硝酸原料與180豐度為99.99%的氧-18水在反應(yīng)釜中 進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，所述的180-硝酸原料的180豐度的原子百分?jǐn)?shù)為10%， 溫度控制在6(TC，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在3天，硝酸與氧-18 水的摩爾配比在1 : 10;(2) 在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18 水，壓力控制在100mmHg，溫度控制在5(TC，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體；(3) 在反應(yīng)釜中加入過量的硫酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重 新生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在100mmHg，溫度控制在6(TC,將 生成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180-硝酸產(chǎn)品。將得到的180-硝酸產(chǎn)品與氧-18水重復(fù)上述步驟(1) - (3)，得到高豐度的180-硝酸產(chǎn)品，該180-硝酸產(chǎn)品的180的原子百分?jǐn)?shù)為98%。 實(shí)施例6一種180-硝酸的制備方法，該制備方法具體包括以下步驟(1) 將天然豐度的180-硝酸產(chǎn)品與180豐度為99.98%的氧-18水在反應(yīng)釜中 進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，所述的180-硝酸產(chǎn)品的180豐度的原子百分?jǐn)?shù)為50%， 溫度控制在65"C，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在5天，硝酸與氧-18 水的摩爾配比在1 : 15;(2) 在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18 水，壓力控制在150mmHg，溫度控制在65'C，在反應(yīng)釜中得到180-硝酸銨晶體；(3) 在反應(yīng)釜中加入過量的硫酸，充分溶解反應(yīng)釜中的180-硝酸銨晶體，重 新生成180-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在150mmHg，溫度控制在65"C，將 生成的180-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到180-硝酸產(chǎn)品，得到的80-硝酸產(chǎn)品的 180的原子百分?jǐn)?shù)為80%。
權(quán)利要求
1.一種18O-硝酸的制備方法，其特征在于，該制備方法具體包括以下步驟(1)將硝酸原料與氧-18水在反應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，溫度控制在50～80℃，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在1～10天，硝酸與氧-18水的摩爾配比在1∶3～1∶20；(2)在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18水，壓力控制在50～200mmHg，溫度控制在40～70℃，在反應(yīng)釜中得到18O-硝酸銨晶體；(3)在反應(yīng)釜中加入過量的酸，充分溶解反應(yīng)釜中的18O-硝酸銨晶體，重新生成18O-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，壓力控制在50～200mmHg，溫度控制在40～70℃，將生成的18O-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到18O-硝酸產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述的硝 酸原料的180的原子百分?jǐn)?shù)為0.2% 98%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述 的硝酸原料是180為天然豐度的或者是經(jīng)過氧同位素交換反應(yīng)后的180-硝酸產(chǎn)品。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述的氧 -18水的180的原子百分?jǐn)?shù)>98%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述的步 驟(3)中的酸選自硫酸、鹽酸、三氟乙酸、甲磺酸、苯甲酸中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述的180-硝酸產(chǎn)品與氧-18水重復(fù)上述步驟(1) - (3)，得到高豐度的180-硝酸產(chǎn)品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種180-硝酸的制備方法，其特征在于，所述的180-硝酸產(chǎn)品的180的原子百分?jǐn)?shù)為10% 98%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種¹⁸O-硝酸的制備方法，該制備方法具體包括以下步驟(1)將硝酸原料與氧-18水在反應(yīng)釜中進(jìn)行氧同位素的交換反應(yīng)，溫度控制在50～80℃，整個(gè)反應(yīng)釜保持密閉狀態(tài)，反應(yīng)時(shí)間控制在1～10天；(2)在反應(yīng)后的溶液中通入氨氣中和，減壓蒸餾除去豐度已經(jīng)降低的氧-18水，在反應(yīng)釜中得到¹⁸O-硝酸銨晶體；(3)在反應(yīng)釜中加入過量的酸，充分溶解反應(yīng)釜中的¹⁸O-硝酸銨晶體，重新生成¹⁸O-硝酸，再進(jìn)行減壓蒸餾，將生成的¹⁸O-硝酸蒸入液氮冷阱中，從而得到¹⁸O-硝酸產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有工藝簡單、易操作、能耗少、產(chǎn)品純度高、¹⁸O損失少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B21/38GK101575089SQ20091005285
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者嚴(yán) 劉, 周建躍, 姜永悅, 張麗雅, 猷 李, 秦川江, 斌 肖 申請人:上海化工研究院;上海聯(lián)泓同位素科技有限公司