JP2694024B2 - 炭素量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は炭素量測定装置に係り、特に半導体、原子
力用などの用途に用いられる超純水中に含まれている全
有機炭素（TOC;Total Organic Carbon）量を測定するに
好適な炭素量測定装置に関する。

［従来の技術］ この炭素量測定装置として広く知られているものの一
つに、試料水中に反応液を混合し、反応手段において前
記試料水中の有機炭素を酸化させるとともに、この酸化
反応により発生した二酸化炭素を分離手段によって分離
し、この二酸化炭素の量を測定するようにしたものがあ
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、試料水中に含まれる目的の有機炭素以外
に、反応液中にも微量の有機炭素が含有されていること
が懸念され、この微量有機炭素は、例えば反応液の保管
中などに、外部から混入してくることによって含有され
ると考えられている。反応液中にこのような有機炭素が
存在すると、目的の有機炭素以外にもこの反応液中の有
機炭素をも同時に測定してしまうこととなり、正確な結
果を得ることができなくなる不満があった。

そこでこれまでは測定結果の信頼性を得るために、こ
の反応液を装置内で長時間保管せず、外部から有機炭素
が混入しないような厳しい条件下で別途保管しておかな
ければならなかった。

またさらに正確な測定を行うためには、予めこの反応
液のみを試料として用いて分析を行い、その結果得られ
た値をドリフト値としてゼロ点校正が行われていた。し
かしながらこのようなゼロ点校正を行うには、特別にゼ
ロ点校正用の装置の運転を行い、ゼロ点校正のための特
別な演算プログラムを用意する必要があるなど、非常に
手間と時間がかかる欠点があった。

そこでこの発明では上述の課題を解消し、簡便な手法
により、試料水中にのみ含有されている有機炭素の量を
高精度に測定することのできる炭素量測定装置を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明は、試料水中に反応液を混合し、反応手段に
おいて前記試料水中の有機炭素を酸化させるとともに、
この酸化反応により発生した二酸化炭素を分離手段によ
って分離し、この二酸化炭素の量を測定するようにした
炭素量測定装置において、前記反応液を試料水に供給す
る反応液供給管路に、反応液中に含まれている有機炭素
を加熱分解する分解手段を設け、かつこの分解手段と、
前記反応手段から分離手段に至る管路とを熱交換可能に
連結したことを解決手段とした。

［作用］ このように反応液中の有機炭素を分解させる分解手段
を備えたことにより、反応液供給手段から送られた反応
液が試料水に混合される前の時点で反応液中の有機炭素
が熱分解されることとなる。このために試料水中に余分
の有機炭素が混入されることなく、目的の試料水中の有
機炭素量のみを正確に測定することができるようにな
る。また、分解手段と、反応手段から分離手段に至る管
路とを熱交換可能に連結したため、この管路内を通る試
料水と反応液との混合液の熱を分解手段の熱源の一部と
することができ、その結果、分解反応が効率良く進行
し、かつ熱源も節約される。

以下、実施例を示し、図面を参照してこの発明を詳し
く説明する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すものである。図中
符号１は試料水供給手段である。この試料水供給手段１
は、試料水供給管路２と、管路２の途中に設けられたポ
ンプ３を有してなり、このポンプ３の流入側には、第１
の試料の供給管路4aあるいは第２の試料の供管路管4bか
ら選択的に試料水を送ることができるように三方電磁弁
５が設けられている。またポンプ３の吐出側は脱気手段
６に連結されており、ポンプ３と脱気手段６の間には、
反応液を供給するための反応液供給管路７が設けられて
いる。この反応液供給管路７は反応液を貯蔵するタンク
８と、反応液をタンク８から送り出すポンプ９とを有し
てなる反応液供給手段10に連結されている。ここで反応
液とは、前記試料水に含有される有機炭素から無機炭素
である二酸化炭素を生成させるためのペルオキソ二硫化
カリウム等の酸化剤と、前記試料水に最初に含有される
無機炭素でありかつ弱酸である二酸化炭素を追い出すた
めの硫酸、リン酸等の酸性溶液との混合液である。

またこの反応液供給手段10から反応液を供給する反応
液供給管路７の途中には、分解手段11が設けられてい
る。この分解手段11は、第２図に示したように、ヒータ
や加熱媒体等の加熱手段が収容されてなる加熱筒11aの
外周に、反応液が通る管路11bがコイル状に巻回形成さ
れてなるもので、加熱筒11aにより反応液が加熱されて
反応液中に含有されている微量の有機炭素が分解される
ようになっている。ただし、上述の有機炭素の分解に伴
い、反応液中の酸化剤自体の分解を必要最小限度に止ど
めるような条件とされることが必要で、例えば分解条件
が90〜150℃、１気圧程度に設定されるようになってい
る。また加熱筒11aと、反応液の通る管路11bとが接する
部分には、この管路11bと加熱筒11aの接触面積を大きく
するべく溝が形成されていることが望ましく、これによ
って反応液の加熱がより効率良く行なわれるようにな
る。さらに、加熱筒11aの外周には、後述する反応手段
から分解手段に至る管路11cも、管路11bと同様、コイル
状に巻回形成されている。

また前記脱気手段６は、下部から送り込まれたヘリウ
ム、窒素等の不活性ガスにより、脱気手段６内の試料水
および反応液が曝気されてこれらに含有されている二酸
化炭素を分離し、この二酸化炭素を不活性ガスとともに
上部から排出できるようになっている。

またこの脱気手段６の排出側は、加圧ポンプ12を介し
て反応手段13に接続されている。加圧ポンプ12は後述の
反応手段13内に前記試料水と反応液とからなる混合液を
一定の圧力かつ流量で供給するためのものであり、これ
ら圧力および流量を調節する調節機構14が設けられてい
る。

反応手段13は、ヒータや加熱媒体等の加熱手段が収容
されてなる加熱筒13aの外周に、試料水と反応液との混
合液が通る管路13bがコイル状に巻回形成されてなるも
ので、加熱筒13aにより上記混合液が加熱され、試料水
中の有機炭素と反応液との酸化反応が促進されるように
なっている。この反応手段13は、例えば反応条件200
℃、20気圧程度に設定することができるようになってい
る。

また反応手段13の下流側は、固定絞り15を介し、更に
分解手段11の周囲に巻回されて、上記分離手段14に連結
されている。固定絞り15は、前記反応手段13の内部の反
応圧力を高めるためのものであって、反応手段13の温度
がたとえ水の沸点を越えたとしても、反応液の気化が起
こらないようにするものである。

分離手段14には、通常の気液分離手段が用いられてよ
く、供給された加圧状態の混合液を大気圧中に放出する
とともに、二酸化炭素を、下部より吹き込まれた不活性
ガス中に移行せしめて気液分離を行い、液相（ドレン
水）のみを受け容器18に排出できるようになっている。

また分離手段14の上部は、赤外線分析器等の測定手段
16に連結されている。赤外線分析器は、二酸化炭素濃度
に応じてその濃度に対応する出力の電気信号を出力する
ことができ、この出力は、演算手段17に送られて、この
演算手段17内に記憶されている所定の演算式にしたがっ
て濃度値に換算されて表示されるようになっている。

このような炭素量測定装置にあっては、試料水供給管
路１から送られた試料水と、反応液供給手段10から分解
手段11を経て圧送された反応液とが混合されて、脱気手
段６内に送られる。この脱気手段６内に供給された時点
では、試料水中には有機炭素が含有されているが、反応
液中に含まれていた微量の有機炭素は既に分解手段11内
で分解されてしまっているので残っていない。

脱気手段６内において、これら試料水と反応液との混
合液に不活性ガスを送り二酸化炭素が除去された後、反
応手段13に送られる。反応手段13内で上記混合液は加熱
されて、試料水中に含まれていた有機炭素と反応液との
酸化反応が進行して、有機炭素はここで二酸化炭素に変
換される。

反応手段13において発生した二酸化炭素は高温の混合
液とともに加圧状態で分離手段14に送られる。分離手段
14に供給された混合液は大気圧中に放出されるととも
に、不活性ガスが送り込まれ、二酸化炭素が気相（不活
性ガス）中に抽出されて、気液分離が行なわれる。分離
後の液相（ドレン水）は外部に排出され、二酸化炭素を
含む気相のみが赤外線分析器等の測定手段16に送られ
る。

測定手段16により二酸化炭素の量が測定されると、そ
の出力が演算手段17に送られて、所定の演算式よって濃
度値に換算されて表示され、測定が終了する。

また、本発明では、反応手段13から分離手段14に至る
管路11cを分解手段11の周囲に巻回したことにより、分
解手段11と管路11cとが熱交換可能に連結され、その結
果、管路11c内を通る試料水と反応液との混合液の熱を
分解手段11の熱源の一部として利用することができる。
ここで分解手段11の分解条件は、上述のように90〜150
℃、１気圧程度と、反応手段13の反応条件（200℃、20
気圧程度）に比べて非常に緩いものであるので、反応手
段13を経た直後の混合液が持つ熱を分解手段11の熱源に
利用することは十分に可能である。

このように分解手段11を、反応手段13から分離手段14
に至る管路途中に配し、分解手段11に高温の混合液が通
る管路11cを設けたことによって、混合液の熱が分解手
段11の熱源の一部となり、効率良く分解反応を進行させ
ることができ、また熱源の節約にも効果を奏する。

また、上記分解手段11の構成は上記実施例に限定され
るものではなく、反応液中の有機炭素が効率良く分解さ
れるようなものであれば、例えば反応液の通る管路11b
が加熱筒11aの内部に設けられた構成とされてもよい
し、あるいはこれ以外の構成であってももちろんよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の炭素量測定装置は、
試料水中に反応液を混合し、反応手段において前記試料
水中の有機炭素を酸化させるとともに、この酸化反応に
より発生した二酸化炭素を分離手段によって分離し、こ
の二酸化炭素の量を測定するようにした炭素量測定装置
において、前記反応液を試料水に供給する反応液供給管
路に、反応液中に含まれている有機炭素を分解させる分
解手段を備えたものであるので、反応液を試料水に混合
する前の時点で、反応液中に含有されている有機炭素を
分解手段で分解するので、試料水中にのみ含まれる有機
炭素の量を正確に測定することができるようになり、極
めて高精度の分析が可能となる。したがって反応液中の
有機炭素の量をドリフト値としてゼロ点校正を行う必要
もなく、非常に簡便に測定を行うことができる。また反
応液の保管に際しても、たとえ保管中に有機炭素が混入
した場合でも、反応液の供給直前にこの有機炭素の分解
を行うので全く支障なく、したがって厳しい保管条件を
採用する必要がなくなり、反応液の使用期限も長くな
る。

また、分解手段と、反応手段から分離手段に至る管路
とを熱交換可能に連結したため反応手段を経た混合液の
熱を分解手段の熱源に利用することができ、効率良く分
解反応を進行させることができ、また熱源の節約にもな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の炭素量測定装置の一
実施例を示すもので、第１図は装置全体を示す構成図、
第２図は分解手段の一例を示す側面図である。 １……試料水供給手段、７……反応液供給管路、 10……反応液供給手段、11……分解手段、 13……反応手段、14……分離手段、 16……測定手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料水中に反応液を混合し、反応手段にお
   いて前記試料液中の有機炭素を酸化させるとともに、こ
   の酸化反応により発生した二酸化炭素を分離手段によっ
   て分離し、この二酸化炭素の量を測定するようにした炭
   素量測定装置において、 前記反応液を試料水に供給する反応液供給管路に、反応
   液中に含まれている有機炭素を加熱分解する分解手段を
   設け、かつこの分解手段と、前記反応手段から分離手段
   に至る管路とを熱交換可能に連結したことを特徴とする
   炭素量測定装置。