JP2008241584A - 超純水中の微粒子数の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超純水中の微粒子を容易に、かつ精度よく測定することが可能な超純水中の微粒子数の測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】超純水は、膜分離装置１に導入され、分離膜１ａによって濃縮水と希釈水とに分離される。濃縮水は、濃縮水取出用の配管２によって、流量調節弁３、流量計４を経て微粒子計数装置５に導入され、微粒子数が測定される。微粒子計数装置５と流量計４，８の測定値がそれぞれ演算装置９に入力される。この演算装置９では微粒子計数装置５の測定値ａを濃縮倍率で除算することにより、超純水単位体積中の微粒子数が演算される。
【選択図】図１

Description

本発明は超純水中の微粒子濃度を測定する方法及び装置に関する。

超純水中の微粒子数を測定する方法及び装置として、特開平７−１２０４５４、特開平１０−６３８１０には、超純水をフィルタで濾過し、フィルタに付着した微粒子数を顕微鏡で計数するものが記載されている。
特開平７−１２０４５４号公報 特開平１０−６３８１０号公報

超純水中の微粒子数は少ないため、上記従来の方法によって超純水中の微粒子数を精度よく測定するためには、多量の超純水を濾過する必要があり、濾過に時間がかかる。また、顕微鏡観察作業員の計数誤差により、精度が低くなるおそれもある。

本発明は、超純水中の微粒子を容易に、かつ精度よく測定することが可能な超純水中の微粒子数の測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の超純水中の微粒子数の測定方法は、微粒子を含む超純水を、微粒子濃度の高い濃縮水と、微粒子濃度の低い希釈水とに分離する濃縮工程と、濃縮水中の微粒子数を測定する微粒子数測定工程と、濃縮倍率と微粒子数測定値とに基づいて前記超純水に含まれる微粒子数を算出する演算工程と、を有することを特徴とするものである。

請求項２の超純水中の微粒子数の測定方法は、請求項１において、前記濃縮倍率は濃縮工程における濃縮水及び希釈水の流量により特定されることを特徴とするものである。

請求項３の超純水中の微粒子数の測定方法は、請求項１において、濃縮倍率を予め設定しておくことを特徴とするものである。

請求項４の超純水中の微粒子数の測定方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、濃縮工程において、超純水を中空糸限外濾過膜によって濃縮することを特徴とするものである。

請求項５の超純水中の微粒子数の測定方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、濃縮工程において、超純水を誘電泳動によって濃縮することを特徴とするものである。

請求項６の超純水中の微粒子数の測定方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、超純水の微粒子濃度が１００個／ｍＬ以下であることを特徴とするものである。

請求項７の超純水中の微粒子数の測定装置は、微粒子を含む超純水を、微粒子濃度の高い濃縮水と、微粒子濃度の低い希釈水とに分離する濃縮手段と、濃縮水中の微粒子数を測定する微粒子数測定手段と、濃縮倍率と微粒子数測定値とに基づいて前記超純水に含まれる微粒子数を算出する演算手段と、を有することを特徴とするものである。

請求項８の超純水中の微粒子数の測定装置は、請求項７において、前記演算手段は、前記濃縮倍率を濃縮工程における濃縮水及び希釈水の流量により特定する濃縮倍率算出手段を有することを特徴とするものである。

請求項９の超純水中の微粒子数の測定装置は、請求項７において、前記演算手段に濃縮倍率が予め設定されていることを特徴とするものである。

請求項１０の超純水中の微粒子数の測定装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、前記濃縮手段は、中空糸限外濾過膜であることを特徴とするものである。

請求項１１の超純水中の微粒子数の測定装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、前記濃縮手段は、誘電泳動による濃縮手段であることを特徴とするものである。

請求項１２の超純水中の微粒子数の測定装置は、請求項７ないし１２のいずれか１項において、前記微粒子数測定手段は光散乱による微粒子数測定装置であることを特徴とするものである。

本発明の超純水中の微粒子数の測定方法及び装置によると、超純水を微粒子濃度の高い濃縮水と、微粒子濃度の低い希釈水とに分離し、この濃縮水中の微粒子数を測定し、この測定と濃縮倍率とから超純水中の微粒子数を算出する。濃縮水中の微粒子数の測定には光散乱式微粒子数測定装置などを用いることが可能であり、顕微鏡によってフィルタ表面を観察して微粒子数を測定することに比べて測定の手間を省き、また誤差の少ない測定が可能となる。
また、フィルタを用いる場合も、本発明のように予め超純水を濃縮した後に、微粒子数を測定することにより、高圧又は長時間かけて、超純水を濾過することが不要であり、測定時間を短縮することが可能である。

なお、濃縮倍率は、濃縮水と希釈水との流量から演算してもよく、予め演算手段に定数として設定しておいてもよい。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

第１図は実施の形態に係る超純水中の微粒子数の測定方法及び装置を示す系統図である。なお、超純水中の微粒子濃度は、通常１００個／ｍＬ以下程度である。

超純水は、膜分離装置１に導入され、分離膜１ａによって濃縮水と希釈水とに分離される。分離膜１ａとしては、中空糸型限外濾過膜が好適であるが、これに限定されない。膜１ａを透過しなかった濃縮水は、濃縮水取出用の配管２によって、流量調節弁３、流量計４を経て微粒子計数装置５に導入され、微粒子数が測定される。

この微粒子数計数装置５としては、レーザーなどを用いた光散乱式微粒子計数装置が好適である。この微粒子計数装置５は、単位体積当りの水中の微粒子数を測定値として出力する。この出力値の単位は、例えば（個／ｍＬ）などとして表される。

分離膜１ａを透過した希釈水は、配管６、流量調節弁７、流量計８を経て排出される。流量調節弁３，７の開度を調節するとことにより、濃縮水及び希釈水の流量を調節することができる。

微粒子計数装置５と流量計４，８の測定値がそれぞれ演算装置９に入力される。この演算装置９では微粒子計数装置５の測定値を濃縮倍率で除算することにより、超純水単位体積中の微粒子数が演算される。

濃縮倍率は、［超純水の流量（Ｌ／Ｈｒ）］／［濃縮水の流量（Ｌ／Ｈｒ）］である。超純水の流量は流量計４，８の流量の合計流量である。

なお、流量調節弁３，６の開度を固定して流量計４，８の検出流量を一定とする場合には、この濃縮倍率は一定値となるので、予め演算装置９に濃縮倍率を設定しておき、この設定された濃縮倍率で微粒子計数装置５からの測定値を除算して超純水中の微粒子数を演算してもよい。

第２図は、濃縮装置として誘電泳動現象による微粒子濃縮装置１０を用いた超純水中の微粒子数の測定方法及び装置の系統図である。

ガラス板に電極１１，１２間の間隙が数μｍから数１０μｍの一定の距離を保つように櫛形の電極を形成し、両極の間に電圧をかけると両極の間隙の部分には電位勾配の高い場が形成される。すなわち遠方からこの部分に近づくにつれて電位が高くなる不均一な電場が形成される。このような不均一な電場に微粒子が存在すると、微粒子を形成する物質は分極し、電場とは逆方向に分極し、電位勾配の高い方に引力が働く。

櫛形電極１１，１２を形成した面に、微粒子を含む流体を流すと微粒子が吸引されて電極間に粒子が弱く結合して電気力線に沿って鎖状につながる現象（パールチェイン）によって捕捉される。該電極１１，１２間に電圧を印加した状態で超純水を濃縮装置１０に流通させ、一定量あるいは一定時間微粒子を捕捉した後、電極１１，１２間に印加した電圧を切ると、捕捉した微粒子を含んだ濃縮水が濃縮装置１０から流出する。

第２図では、この誘電泳動式濃縮装置１０の出口に接続された配管２０を配管２１，２４に分岐させている。

一方の配管２１は、希釈水取出ラインであり、開閉弁２２、流量計２３が設けられている。他方の配管２４は、濃縮水取出ラインであり、開閉弁２５、流量計２６を経て微粒子計数装置５に至っている。流量計２３，２６と微粒子計数装置５の測定値が演算装置９に入力されている。

この第２図では、まず、濃縮装置１０に通電すると共に開閉弁２２を開、開閉弁２５を閉とし、微粒子を捕捉する捕捉工程を実行する。これにより、超純水中の微粒子が電極１１，１２に捕捉される。

次に、濃縮装置１０への通電を停止すると共に、開閉弁２２を閉、開閉弁２５を開とする。これにより電極１１，１２に捕捉されていた微粒子が電極１１，１２から離反し、濃縮水が、濃縮装置１０から配管２４を経て、微粒子計数装置５へ導入される。捕捉工程の間に、配管２１を流れた希釈水量と、濃縮水取出工程で微粒子計数装置５へ導入された濃縮水量とから、濃縮倍率を求め、この濃縮倍率で微粒子計数装置５の測定値を除算することにより、超純水中の微粒子数が演算される。この場合の濃縮倍率は、希釈水の積算通水量Ｄと濃縮水の積算通水量Ｃとの和Ｗ（Ｗ＝Ｄ＋Ｃ）を濃縮水の積算通水量Ｃで除した値Ｗ／Ｃである。

これらの実施の形態によれば、超純水中の微粒子数が少ない場合であっても、容易に超純水中の微粒子数を測定することができる。

［参考例１：第１図の装置による微粒子添加試料水の処理］
分離膜１ａとして、中空糸の両端が開口した形状の限外濾過膜（分画分子量１００００）を有する膜モジュールを４本直列に接続して膜分離装置１を構成した。超純水に、粒径０．２μｍのポリスチレン標準粒子懸濁液を定量ポンプで一定量注入して、ポリスチレン粒子濃度２５個／Ｌの試料水とし、これを膜分離装置１に供給した。濃縮水量を流量調節弁３，７の開度調節によって調整して、透過水量と濃縮水量の比率を変えることで水量の濃縮倍率（試料水流量／濃縮水流量）を変更した。

供給水と濃縮水に含まれる０．２μｍ以上の微粒子数を光散乱による微粒子計数装置５を用いて測定した。微粒子計数装置としては、リオン株式会社製のＫＳ１６型を用いた。

この操作を濃縮倍率を変えて実施し、濃縮倍率と微粒子濃度との関係を求めた。その結果を表１に示す。

表１の通り微粒子濃縮倍率は水量濃縮倍率に比例しており、定量的に濃縮が起きていることが確認された。

［実施例１：第１図の態様］
参考例１と同じ装置を使用して、これに超純水を供給した。供給した超純水中の微粒子数は、パーティクルカウンターではほとんど検出できない低濃度であった。

この超純水を膜分離装置１で濃縮した濃縮水中の微粒子数を、濃縮倍率を変えて測定した。その結果を表２に示す。

表２の通り、濃縮倍率を１倍（供給水）から８倍まで変えた時の濃縮水中の微粒子数は、濃縮倍率とともに増加し、濃縮なしでは検出できなかったものが明瞭に検出できるようになった。すなわち、超純水を濃縮することによって、微粒子数が有意の値として測定できる状態になっていることが認められた。

［参考例２：誘電泳動装置による微粒子添加試料水の濃縮と微粒子数の測定］
第２図に示した濃縮装置１０として、５０ｍｍ角のガラス板にＣｒ（クロム）を用いて線幅３０μｍ、間隔１０μｍの櫛形電極を形成し、厚さ３０μｍのスペーサを同サイズのガラス板で挟み、第３図に示すような誘電泳動濃縮デバイスを作成した。この第３図でＡはガラス板、Ｂは櫛形電極、Ｃはスペーサ、Ｄ、Ｅは櫛形電極に電圧を印加するための導体、Ｆは供給口、Ｇは処理液の出口、Ｈは電極間の間隙である。

純水に直径０．５μｍのポリスチレンラテックス粒子を懸濁させた微粒子濃度２５０個／ｍＬの液を試料水とした。この試料水を、小型のチューブポンプを用いて供給口Ｆより１ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給すると共に、導体ＤとＥに、電源装置を用いて電圧２Ｖ，周波数１ｋＨｚの電圧を加えて１対の櫛形電極Ｂ間に電圧を印加した。このとき出口Ｇから流出する液（希釈水）を第１の容器に受けた。

一定時間経過後、導体ＤとＥに印加している電圧を解除し、その後の処理液出口Ｇからの流出水（濃縮水）を別の第２の容器に受けた。

この操作を５回繰り返して第１の容器および第２の容器に受けた希釈水及び濃縮水中の微粒子濃度を光散乱方式によるパーティクルカウンターで測定した。その結果を表３に示した。なお、試料水の微粒子濃度の測定結果も表３に示す。

表３の通り、この濃縮装置では、電圧を印加しているときの流出水（希釈水）では微粒子数が減少し、濃縮水では微粒子数が試料水より増加しており、微粒子が濃縮されていることがわかる。

実施の形態に係る超純水中の微粒子数の測定方法及び装置の系統図である。 別の実施の形態に係る超純水中の微粒子数の測定方法及び装置の系統図である。 誘電泳動による濃縮デバイスの構成図である。

符号の説明

１ 膜分離装置
３，７ 流量調節弁
４，８，２３，２６ 流量計
５ 微粒子計数装置
９ 演算装置

Claims (12)

1. 微粒子を含む超純水を、微粒子濃度の高い濃縮水と、微粒子濃度の低い希釈水とに分離する濃縮工程と、
   濃縮水中の微粒子数を測定する微粒子数測定工程と、
   濃縮倍率と微粒子数測定値とに基づいて前記超純水に含まれる微粒子数を算出する演算工程と、
   を有することを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
2. 請求項１において、前記濃縮倍率は濃縮工程における濃縮水及び希釈水の流量により特定されることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
3. 請求項１において、濃縮倍率を予め設定しておくことを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、濃縮工程において、超純水を中空糸限外濾過膜によって濃縮することを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、濃縮工程において、超純水を誘電泳動によって濃縮することを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、超純水の微粒子濃度が１００個／ｍＬ以下であることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定方法。
7. 微粒子を含む超純水を、微粒子濃度の高い濃縮水と、微粒子濃度の低い希釈水とに分離する濃縮手段と、
   濃縮水中の微粒子数を測定する微粒子数測定手段と、
   濃縮倍率と微粒子数測定値とに基づいて前記超純水に含まれる微粒子数を算出する演算手段と、
   を有することを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。
8. 請求項７において、前記演算手段は、前記濃縮倍率を濃縮工程における濃縮水及び希釈水の流量により特定する濃縮倍率算出手段を有することを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。
9. 請求項７において、前記演算手段に濃縮倍率が予め設定されていることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。
10. 請求項７ないし９のいずれか１項において、前記濃縮手段は、中空糸限外濾過膜であることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。
11. 請求項７ないし９のいずれか１項において、前記濃縮手段は、誘電泳動による濃縮手段であることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。
12. 請求項７ないし１２のいずれか１項において、前記微粒子数測定手段は光散乱による微粒子数測定装置であることを特徴とする超純水中の微粒子数の測定装置。

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