Кислород-18 (H2 18O) является химически чистой водой с высоким содержанием изотопа Кислород-18. Кислород-18 является мишенью для облучения в циклотронах для получения Фтора-18. Высокий уровень обогащения целевого материала изотопом Кислорода-18 более 98% позволяет снизить примесь Азот-13 в выпускаемом продукте.
При диагностике этим методом в организм пациента вводится радиофармпрепарат - фтордезоксиглюкоза (сокращенно ФДГ), т. е. глюкоза, меченная радиоактивным фтором-18, получаемым из Кислорода-18. Глюкоза быстро распространяется по организму, т. к. она необходима для питания его клеток. Научно доказано, что раковые клетки потребляют в два раза больше глюкозы, поэтому в местах их локализации ее скапливается больше всего. Поскольку глюкоза содержит радиоактивный фтор, то в этих местах происходит более интенсивное излучение, которое улавливается и математически обрабатывается специальным медицинским прибором - позитронно-эмиссионным томографом (его еще называют ПЭТ-сканером). Прибор выводит на компьютер, как визуальное изображение нужных участков, так и количественную информацию о происходящих в организме метаболических процессах. На снимках, полученных сразу после лечения опухоли головного мозга, с помощью ПЭТ сразу же можно оценить результат лечения.
Это направление обусловлено необходимостью исследования процессов жизнедеятельности мозга по результатам анализа продуктов метаболизма биогенных кислот в крови, моче, спинномозговой жидкости при наблюдении и лечении больных шизофренией, маниакальной депрессией, болезнью Паркинсона, или при исследовании Кислородного обмена в альвеолах легких при диагностике легочных заболеваний. В этих случаях Кислород может быть введен в организм путем простого вдыхания молекулярного Кислорода. Следует отметить, что такое применение изотопа Кислород-18 стало возможным благодаря бурному развитию в последнее десятилетие совершенных методов изотопного анализа.
Благодаря разработке разнообразных методов изотопного анализа стало возможным эффективное использование меченных стабильными изотопами соединений в рамках многих экологических программ. Например, использование диоксида серы, меченного изотопом Кислород-18, дает возможность определить источник кислотного загрязнения после перемещения облака на многие сотни километров
Данное направление носит в настоящее время исследовательский характер. Положительные результаты работ в этом направлении могут привести к резкому увеличению спроса на изотоп Кислород-18.
Кислород – самый распространенный элемент на Земле. В атмосфере содержится 23% по массе свободного Кислорода. В гидросфере и литосфере 86% и 47% по массе связанного Кислорода.
Кислород состоит из трех стабильных изотопов: Кислорода-16 (99,76% ат.), Кислорода-17 (0,04% ат.) и Кислорода-18 (0,20% ат.). Различие массовых чисел изотопов в незначительной степени влияет на их основные свойства, и поэтому изотопный состав Кислорода в различных природных соединениях приблизительно одинаков. Содержание Кислорода-18 в воздухе, пресной и океанической воде составляет 0,204%, 0,198% и 0,200% ат. соответственно, а в различных минералах колеблется не более чем на 0,008% ат. Поэтому в качестве сырья для получения продукта следует использовать атмосферный воздух или природную воду.
Для обогащения сырья Кислородом-18 в промышленных масштабах можно применять ректификацию жидкого Кислорода, окиси азота, воды или химический изотопный обмен. Исходя из экономических соображений и технических возможностей реализации каждого метода в современных условиях России в качестве базового метода была выбрана ректификация воды. Кроме того, наиболее удобно хранить, транспортировать и использовать Кислород-18 в форме воды, обогащенной этим изотопом.
Метод ректификации хорошо изучен и широко применяется для очистки веществ в химической промышленности и для разделения веществ с различными температурами кипения.
Природную воду можно рассматривать как смесь низкокипящего компонента H216O с температурой кипения при нормальном давлении 100 oC и высококипящего компонента H218O с температурой кипения 100,15 oC. Разделение H216O и H218O происходит в ректификационных колоннах. Каждая колонна состоит из куба-испарителя, собственно колонны, наполненной насадкой, конденсатора и верхнего резервуара.
В кубе происходит непрерывное испарение воды, поступающей из колонны. Пар поднимаясь вверх по колонне взаимодействует с водой стекающей в виде пленки по насадке – происходит массообмен. При этом пар обедняется, а стекающая вода обогащается высококипящим компонентом H218O.
Вверху колонны пар поступает в конденсатор, охлаждаемый водой из системы оборотного водоснабжения. В конденсаторе происходит непрерывная конденсация обедненного Кислородом-18 водяного пара. Конденсат самотеком поступает в верхний резервуар, смешивается с находящейся там водой. Затем эта вода подается на питание колонны. При этом расход воды соответствует массовому расходу пара.
Таким образом, в процессе работы колонны происходит перенос Кислорода-18 из верхнего резервуара в куб: вода в кубе обогащается Кислородом-18, а вода в верхнем резервуаре обедняется этим изотопом.
ЗАО «Глобальные Научные Технологии» совместно с ООО «Центр молекулярных исследований» осуществили производство Кислорода-18 на основе специально разработанного проекта. Реализация проекта осуществлена на площадке в г. Сосновый Бор вблизи Санкт-Петербурга.
Как видно из вышеуказанного, Кислород-18 является стабильным изотопом; и сам материал, и весь процесс его производства не связаны с какими-либо радиоактивными веществами.