Characterization of Rare Earth Elements used for Radiolabeling Applications by ICP-QQQ

Význam tématu

Radiolabeling s využitím lanthanoidů (vzácných zemin) nachází uplatnění v diagnostice a terapii v nukleární medicíně. Vysoce čisté radioizotopy lanthanoidů umožňují sledování biologických procesů a cílenou dodávku radioaktivity. S rostoucí poptávkou po radiolabelovaných farmaceutikách je nutné zavádět spolehlivé analytické postupy pro kontrolu čistoty a obsahu stopových nečistot v lanthanoidových východiscích materiálech.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo ověřit vhodnost triplekvadrupólové ICP-QQQ hmotnostní spektrometrie pro analýzu stopových množství lanthanoidů v přítomnosti vysoce koncentrovaných maticových prvků. Autoři demonstrovali detekční limity, účinnost odstraňování víceatomových interferencí a použitelnost metody při optimalizaci chemických separačních postupů pro výrobu radio-lanthanoidů.

Použitá metodika

Výzkum zahrnoval přípravu sad standardních roztoků stopových lanthanoidů (1 ppt až 100 ppb) v maticích 10 ppm sousedních prvků. Měřilo se jak běžnými on-mass režimy, tak v MS/MS režimu s buňkou reagující s kyslíkem, při kterém bylo cílové ionty možno měřit jako produktové oxidové ionty s posunem hmotnosti. Pro test separačních kolonek byly použity extrakční pryskyřice LN.

Použitá instrumentace

Agilent 8800 ICP-QQQ s dvojicí kvadrupólů v konfiguraci MS/MS, standardním vzorkovadlem (koncentrický nebulizér, křemenná komorová hlava, křemenná hořáková trubice) a O2 jako reakční plyn. Parametry plazmy: RF 1550 W, Octopole RF 200 V, O2 průtok 0,3 mL/min.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity v přítomnosti 10 ppm matice dosahovaly úrovní jednotek až desítek ppt pro většinu lanthanoidů. Výjimku tvořily Ho v Dy matici (1,1 ppb) a Er v Ho (0,186 ppb). MS/MS režim výrazně snížil pozadí z hydridů a oxidačních špiček oproti single quad režimu. Při analýze Gd2O3 po ozáření a následné separaci radioizotopu Tb byly zjištěny nečistoty La a Ce na úrovni ppm, které po chromatografické separaci klesly pod detekční limity.

Přínosy a praktické využití metody

Popisovaná metoda umožňuje:

• ověřovat čistotu východiskových lanthanoidových materiálů před ozařováním,
• optimalizovat chromatografické dělení pomocí stabilních analogů,
• kontrolovat kvalitu finálních radio-lanthanoidů po separaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dále lze zkoumat alternativní reakční plyny (N2O, NH3) pro zlepšení citlivosti u obtížně reaktivních prvků. Integrace ICP-QQQ do výrobních linek radionuklidů umožní online QA/QC kontrolu a recyklaci cílových kovů.

Závěr

Triplekvadrupólová ICP-QQQ hmotnostní spektrometrie prokázala vysokou schopnost odstraňovat matriční interferenční ionty a dosahovat detekčních limitů v nízkých ppt. Metoda je efektivní pro kontrolu čistoty lanthanoidových materiálů používaných při výrobě radio-lanthanoidů a pro optimalizaci chemických separací.

Reference

1. Markets and Markets. Nuclear Medicine/Radiopharmaceuticals Market by Type and Application – Global Forecast to 2024, 2020.
2. Van de Voorde M. et al. Radiochemical processing of nuclear-reactor-produced radio lanthanides for medical applications. Coordination Chemistry Reviews, 2019, 382, 103–125.
3. The International Pharmacopoeia, 9th ed., WHO.
4. Webster B. et al. Chemical Purification of Terbium-155 from Pseudo-Isobaric Impurities. Nature Scientific Reports, 2019, 9, 1–9.
5. Sugiyama N., Woods G. Direct measurement of trace rare earth elements in high-purity REE oxide using Agilent 8800 ICP-QQQ. Agilent Pub. 5991-0892EN.
6. Sugiyama N. Removal of hydride interferences on rare earths using Agilent 8800 ICP-QQQ. Agilent Pub. 5991-1481EN.
7. Sugiyama N. Direct Analysis of Ultratrace Rare Earth Elements in Environmental Waters by ICP-QQQ. Agilent Pub. 5994-1785EN.
8. Monroy-Guzman F., Salinas E.J. Separation of Micro-Macrocomponent Systems: Ho-Dy and Lu-Yb by Extraction Chromatography. J. Mex. Chem. Soc., 2015, 59, 143–150.