JP2769205B2 - 粒子状物質の分析方法、その装置及びこれを利用した超純水製造管理システム - Google Patents
粒子状物質の分析方法、その装置及びこれを利用した超純水製造管理システムInfo
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- JP2769205B2 JP2769205B2 JP1240316A JP24031689A JP2769205B2 JP 2769205 B2 JP2769205 B2 JP 2769205B2 JP 1240316 A JP1240316 A JP 1240316A JP 24031689 A JP24031689 A JP 24031689A JP 2769205 B2 JP2769205 B2 JP 2769205B2
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- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
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- G—PHYSICS
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/626—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas
- G01N27/628—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas and a beam of energy, e.g. laser enhanced ionisation
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料中に含まれる不純物等の粒子状物質の
各種分析を行うのに適した分析方法、その装置及びこれ
を利用した超純水製造管理システムに関する。
各種分析を行うのに適した分析方法、その装置及びこれ
を利用した超純水製造管理システムに関する。
従来より、半導体、薬品、生化学等の種々の分野で用
いる超純水、各種薬液、クリーンルーム中の空気、各種
ガス中に残存する粒子状物質（微粒子）を検出、計測す
るための種々の技術が提案されている。
いる超純水、各種薬液、クリーンルーム中の空気、各種
ガス中に残存する粒子状物質（微粒子）を検出、計測す
るための種々の技術が提案されている。
よく知られている従来例の一つとして、散乱光方式が
ある。この方式は、試料にレーザ光を照射して、粒子か
らの散乱光を検出することにより、粒子状物質を検出す
るものであるが、媒質からの散乱光がバックグラウンド
となるため、測定のノイズ要素が多く、超微粒子の測定
が困難であった。
ある。この方式は、試料にレーザ光を照射して、粒子か
らの散乱光を検出することにより、粒子状物質を検出す
るものであるが、媒質からの散乱光がバックグラウンド
となるため、測定のノイズ要素が多く、超微粒子の測定
が困難であった。
そのため、これに代わる種々の粒子測定方式、が提案
されている。
されている。
例えば、特開昭50-91390号，特開昭52-28389号公報等
に開示される従来技術は、試料ガス中にコロナ放電を起
こして試料中の粒子を帯電させ、荷電粒子の移動方向と
逆向きのイオン電流を検出して、粒子状物質の濃度を検
出している。
に開示される従来技術は、試料ガス中にコロナ放電を起
こして試料中の粒子を帯電させ、荷電粒子の移動方向と
逆向きのイオン電流を検出して、粒子状物質の濃度を検
出している。
更に最近では、本発明者らが開発したものとして、JA
PANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.27,NO.6,JUN
E,1988,PP.L983-L985（ジャパニーズ ジャーナル オ
ブ アプライド フィジクッス 27巻 ナンバー6 1988
年６月L983頁〜L985頁）や特願昭63-85094号で述べてい
るような、光音響効果を利用した粒子測定方法がある。
なお、この光音響効果を利用した粒子測定方法は、試料
中の粒子にレーザ光等を照射して粒子のみをブレイクダ
ウンさせ、この時に発生するプラズマの音響波を圧電素
子で検出することにより、検出信号の大きさや数に基ず
き、粒子状物質の粒径計測や数密度の測定を行うことを
内容とする。
PANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.27,NO.6,JUN
E,1988,PP.L983-L985（ジャパニーズ ジャーナル オ
ブ アプライド フィジクッス 27巻 ナンバー6 1988
年６月L983頁〜L985頁）や特願昭63-85094号で述べてい
るような、光音響効果を利用した粒子測定方法がある。
なお、この光音響効果を利用した粒子測定方法は、試料
中の粒子にレーザ光等を照射して粒子のみをブレイクダ
ウンさせ、この時に発生するプラズマの音響波を圧電素
子で検出することにより、検出信号の大きさや数に基ず
き、粒子状物質の粒径計測や数密度の測定を行うことを
内容とする。
なお、その他の従来技術としては、光散乱光検出方式
の改良を加えたものとして、特開昭63-142234号公報に
開示されたもの等がある。
の改良を加えたものとして、特開昭63-142234号公報に
開示されたもの等がある。
前述した従来技術のうち、コロナ放電により試料中の
粒子を帯電させる方式のものは、気体中の粒子測定に限
定され、液体試料中の粒子状物質に関する計測に適さな
い。
粒子を帯電させる方式のものは、気体中の粒子測定に限
定され、液体試料中の粒子状物質に関する計測に適さな
い。
これに対して、本発明者らが既に開発した光音響方式
のものは、試料中の粒子が媒質のブレイクダウン閾値よ
りも小さいことに着目して、光照射により試料の粒子に
のみブレイクダウンひいてはプラズマ現象を発生させる
もので、その測定精度を向上させ、且つ試料が気体，液
体をとわず粒子測定を可能にする利点があるものとして
評価されている。
のものは、試料中の粒子が媒質のブレイクダウン閾値よ
りも小さいことに着目して、光照射により試料の粒子に
のみブレイクダウンひいてはプラズマ現象を発生させる
もので、その測定精度を向上させ、且つ試料が気体，液
体をとわず粒子測定を可能にする利点があるものとして
評価されている。
ところで、この光音響効果方式のものは、試料セルの
内部に音響波を電気信号に変換する圧電素子を内蔵させ
るために、セル内の構造が複雑になり、また、圧電素子
の特性にばらつきがあるので、これを補正する手段を必
要とし、また、圧電素子にレーザ光が照射すると特性が
劣化する原因となるので、これらに対する配慮を必要と
した。
内部に音響波を電気信号に変換する圧電素子を内蔵させ
るために、セル内の構造が複雑になり、また、圧電素子
の特性にばらつきがあるので、これを補正する手段を必
要とし、また、圧電素子にレーザ光が照射すると特性が
劣化する原因となるので、これらに対する配慮を必要と
した。
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、試料として液体，気体を問わず、これ
らの試料に混在或いは残存する粒子状物質（微粒子）の
大きさ，数密度，濃度等を極めて高精度に測定でき、し
かも、光音響効果方式のものに較べ、試料セルの構造の
簡略化を図り、且つ圧電素子のような特性のばらつきを
生じさせることなく測定メカニズムの簡略を図り得る分
析方法、装置及びこれを利用した超純水装置を提供する
ことにある。
とするところは、試料として液体，気体を問わず、これ
らの試料に混在或いは残存する粒子状物質（微粒子）の
大きさ，数密度，濃度等を極めて高精度に測定でき、し
かも、光音響効果方式のものに較べ、試料セルの構造の
簡略化を図り、且つ圧電素子のような特性のばらつきを
生じさせることなく測定メカニズムの簡略を図り得る分
析方法、装置及びこれを利用した超純水装置を提供する
ことにある。
上記目的は、次のようにして達成される。
すなわち、基本的な課題解決手段（これを第１の課題
解決手段とする）としては、 試料中に、試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、試料に含まれる粒子状物質のブレイクダウン閾値よ
り高いエネルギーを加えて、粒子状物質のみを選択的に
ブレイクダウンさせ、 且つ試料を介在させた状態で対の電極を配置して、前
記ブレイクダウンにより生じたプラズマの正イオンを前
記電極の負電極に、負イオン及び電子を正電極に掃引さ
せ、 この時の電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンス
のいずれかを検出することにより、試料中の粒子状物質
を分析する方法を提案する。
解決手段とする）としては、 試料中に、試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、試料に含まれる粒子状物質のブレイクダウン閾値よ
り高いエネルギーを加えて、粒子状物質のみを選択的に
ブレイクダウンさせ、 且つ試料を介在させた状態で対の電極を配置して、前
記ブレイクダウンにより生じたプラズマの正イオンを前
記電極の負電極に、負イオン及び電子を正電極に掃引さ
せ、 この時の電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンス
のいずれかを検出することにより、試料中の粒子状物質
を分析する方法を提案する。
ここで、分析の態様としては、前記電極間の電流，電
圧，抵抗，キャパシタンスのいずれかより、粒子状物質
の大きさ、数密度、濃度等を測定することがあげられ
る。
圧，抵抗，キャパシタンスのいずれかより、粒子状物質
の大きさ、数密度、濃度等を測定することがあげられ
る。
そして、このような選択的なブレイクダウンを発生さ
せるエネルギー付加手段としては、一例としてレーザ光
の照射手段を提案する。すなわち、レーザ光の出力密度
を試料における媒質のブレイクダウン閾値より低く、粒
子状物質のブレイクダウン閾値より高く設定する。
せるエネルギー付加手段としては、一例としてレーザ光
の照射手段を提案する。すなわち、レーザ光の出力密度
を試料における媒質のブレイクダウン閾値より低く、粒
子状物質のブレイクダウン閾値より高く設定する。
さらに、第２の課題解決手段としては、前記第１の課
題解決手段の分析方法に加えて、前記ブレイクダウンに
より生じたプラズマの光を分光してその発光スペクトル
を検出し、このスペクトル検出信号を基に粒子状物質の
成分を分析する方法をも付加した手段を提案する。
題解決手段の分析方法に加えて、前記ブレイクダウンに
より生じたプラズマの光を分光してその発光スペクトル
を検出し、このスペクトル検出信号を基に粒子状物質の
成分を分析する方法をも付加した手段を提案する。
第３の課題解決手段は、第１の課題解決手段の分析方
法に用いる装置の発明に関するもので、 その内容とするところは、 試料を収容するためのセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレー
ザ光出力密度が試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、且つ試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン
閾値より高くなるように設定する機能を有するレーザ光
照射手段と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置さ
れる一対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れかを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，
数密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段とを
備えてなる。
法に用いる装置の発明に関するもので、 その内容とするところは、 試料を収容するためのセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレー
ザ光出力密度が試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、且つ試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン
閾値より高くなるように設定する機能を有するレーザ光
照射手段と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置さ
れる一対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れかを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，
数密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段とを
備えてなる。
第４の課題解決手段は、第２の課題解決手段の分析方
法に用いる装置の発明に関するもので、 その内容とするところは、 第３の課題解決手段で述べた構成要素に加えて、さら
に、前記粒子状物質をブレイクダウンさせた時に生じる
プラズマを分光させて、その発光スペクトルを検出する
手段と、 予め粒子状物質の成分と発光スペクトルとの関係を検
索データとして記憶して、前記検出された発光スペクト
ルの検出信号に基づき粒子状物質の成分を分析する手段
とを備えてなる。
法に用いる装置の発明に関するもので、 その内容とするところは、 第３の課題解決手段で述べた構成要素に加えて、さら
に、前記粒子状物質をブレイクダウンさせた時に生じる
プラズマを分光させて、その発光スペクトルを検出する
手段と、 予め粒子状物質の成分と発光スペクトルとの関係を検
索データとして記憶して、前記検出された発光スペクト
ルの検出信号に基づき粒子状物質の成分を分析する手段
とを備えてなる。
第５の課題解決手段は、上記粒子状物質の分析方法、
及び装置を超純水製造管理システムに適用した発明に関
するもので、 その内容とするところは、 複数の機器から構成される超純水製造装置と、 前記超純水製造装置で製造された超純水の少なくとも
一部を試料として導入するセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレー
ザ光出力密度が水及び空気のブレイクダウン閾値より低
く、且つ試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン
閾値より高くなるように設定可能なレーザ光照射手段
と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置さ
れる一対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れかを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，
数密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段と、 製造された超純水の不良を前記算出されたデータから
判定する手段と、 試料の不良が判定されると、超純水製造装置からユー
スポイントへの試料の供給を停止すると共に、その旨の
警報を発する手段とを、備えてなる。
及び装置を超純水製造管理システムに適用した発明に関
するもので、 その内容とするところは、 複数の機器から構成される超純水製造装置と、 前記超純水製造装置で製造された超純水の少なくとも
一部を試料として導入するセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレー
ザ光出力密度が水及び空気のブレイクダウン閾値より低
く、且つ試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン
閾値より高くなるように設定可能なレーザ光照射手段
と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置さ
れる一対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れかを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，
数密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段と、 製造された超純水の不良を前記算出されたデータから
判定する手段と、 試料の不良が判定されると、超純水製造装置からユー
スポイントへの試料の供給を停止すると共に、その旨の
警報を発する手段とを、備えてなる。
さらに、第６の課題解決手段としては、前記第５の課
題解決手段の要素に加えて、前記粒子状物質をブレイク
ダウンさせた時に生じるプラズマを分光させて、その発
光スペクトルを検出する手段と、 前記検出された発光スペクトルの検出信号に基づき粒
子状物質の成分を分析する手段と、 試料の不良が判定されると、その原因となる前記超純
水製造装置の構成機器を、前記粒子状物質の成分分析デ
ータの中から探索して、その旨を表示する手段とを付加
したものを提案する。
題解決手段の要素に加えて、前記粒子状物質をブレイク
ダウンさせた時に生じるプラズマを分光させて、その発
光スペクトルを検出する手段と、 前記検出された発光スペクトルの検出信号に基づき粒
子状物質の成分を分析する手段と、 試料の不良が判定されると、その原因となる前記超純
水製造装置の構成機器を、前記粒子状物質の成分分析デ
ータの中から探索して、その旨を表示する手段とを付加
したものを提案する。
本発明者らは、先の文献（ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジクッス）及び特願昭63-850
94号における光音響効果方式でも述べたように、粒子
（ここではポリスチレン粒子が一例としてある）のブレ
イクダウン閾値は空気等の気体や水等の液体より低いこ
とを見出している。具体的には、ブレイクダウン閾値
は、空気が５×10OPW／cm2、水が３×10OOW／cm2、ポリ
スチレン粒子が４×10OnW／cm2なる実験結果を得てい
る。従って、このような閾値特性を利用して、第１の課
題解決手段のように、試料に加えるエネルギーを、試料
の媒質のブレイクダウン閾値より低く且つ試料に含まれ
る粒子状物質のブレイクダウン閾値より高く設定すれ
ば、試料中の粒子状物質のみが選択的にブレイクダウン
し、プラズマが発生する。
オブ アプライド フィジクッス）及び特願昭63-850
94号における光音響効果方式でも述べたように、粒子
（ここではポリスチレン粒子が一例としてある）のブレ
イクダウン閾値は空気等の気体や水等の液体より低いこ
とを見出している。具体的には、ブレイクダウン閾値
は、空気が５×10OPW／cm2、水が３×10OOW／cm2、ポリ
スチレン粒子が４×10OnW／cm2なる実験結果を得てい
る。従って、このような閾値特性を利用して、第１の課
題解決手段のように、試料に加えるエネルギーを、試料
の媒質のブレイクダウン閾値より低く且つ試料に含まれ
る粒子状物質のブレイクダウン閾値より高く設定すれ
ば、試料中の粒子状物質のみが選択的にブレイクダウン
し、プラズマが発生する。
そして、プラズマにより発生したプラズマの正イオン
は負電極に、電子及び負イオンは正電極に掃引されるの
で、電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスに変化
をきたす。この変化のいずれか一つを検出すれば、ブレ
イクダウンに起因した電荷量が求まり、ひいてはブレイ
クダウン発生前の粒子状物質の分析が可能となる。この
場合の分析は、例えば、試料が超純水のようなもので不
純物（粒子状物質）が稀にしか存在していない場合に
は、前記検出された信号の大きさから粒子状物質の大き
さを求めることができる。この場合の測定精度は、媒質
のブレイクダウンは発生しないために、ノイズ要素を排
除でき、高精度とすることができる。
は負電極に、電子及び負イオンは正電極に掃引されるの
で、電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスに変化
をきたす。この変化のいずれか一つを検出すれば、ブレ
イクダウンに起因した電荷量が求まり、ひいてはブレイ
クダウン発生前の粒子状物質の分析が可能となる。この
場合の分析は、例えば、試料が超純水のようなもので不
純物（粒子状物質）が稀にしか存在していない場合に
は、前記検出された信号の大きさから粒子状物質の大き
さを求めることができる。この場合の測定精度は、媒質
のブレイクダウンは発生しないために、ノイズ要素を排
除でき、高精度とすることができる。
ここで、直径0.01μｍの粒子をブレイクダウンさせた
場合に発生する信号について考察してみる。粒子の比重
を１と仮定すると、１個の粒子の重量は0.524×10-18ｇ
となる。主成分が炭素である場合には、１個の粒子中の
原子数は0.263×105個となる。全原子が一価のイオンに
イオン化されていれば、電子あるいは正イオンによる電
荷は、0.421×10-14Ｃとなり、電圧パルスの波高値は0.
421mVとなり、通常考えられるノイズに較べ充分大きな
レベルにあり、その結果、0.01μｍの微粒子の計測が可
能となる。
場合に発生する信号について考察してみる。粒子の比重
を１と仮定すると、１個の粒子の重量は0.524×10-18ｇ
となる。主成分が炭素である場合には、１個の粒子中の
原子数は0.263×105個となる。全原子が一価のイオンに
イオン化されていれば、電子あるいは正イオンによる電
荷は、0.421×10-14Ｃとなり、電圧パルスの波高値は0.
421mVとなり、通常考えられるノイズに較べ充分大きな
レベルにあり、その結果、0.01μｍの微粒子の計測が可
能となる。
また、その検出信号を計数すれば、試料中の粒子状物
質の数密度を測定でき、あるいは、検出信号の平均値を
とれば、その濃度を求めることが可能となる。
質の数密度を測定でき、あるいは、検出信号の平均値を
とれば、その濃度を求めることが可能となる。
さらに、試料が液体の場合には、粒子状物質にブレイ
クダウンを発生させるエネルギーは、液体試料のほかに
試料中に発生する気泡（空気）よりもブレイクダウン閾
値を低く設定しておけば、気泡を誤ってブレイクダウン
させる事態を防止し、より一層、検出精度を高めること
ができる。
クダウンを発生させるエネルギーは、液体試料のほかに
試料中に発生する気泡（空気）よりもブレイクダウン閾
値を低く設定しておけば、気泡を誤ってブレイクダウン
させる事態を防止し、より一層、検出精度を高めること
ができる。
そして、本課題解決手段に用いる電極は、電気伝導度
の高い材料を用いれば、材料依存の特性ばらつきの問題
が生じることがなく、電極形状、電極間距離及び印加電
圧を制御することにより、安定した検出精度を保つこと
を可能にする。
の高い材料を用いれば、材料依存の特性ばらつきの問題
が生じることがなく、電極形状、電極間距離及び印加電
圧を制御することにより、安定した検出精度を保つこと
を可能にする。
次に第２の課題解決手段によれば、ブレイクダウンに
より生じたプラズマの光を分光して、その発光スペクト
ルを検出するが、この場合の発光スペクトルは、粒子状
物質の成分によりピーク波長領域となるスペクトルが異
なるので、これを求めることで粒子状物質の成分分析が
可能となる。
より生じたプラズマの光を分光して、その発光スペクト
ルを検出するが、この場合の発光スペクトルは、粒子状
物質の成分によりピーク波長領域となるスペクトルが異
なるので、これを求めることで粒子状物質の成分分析が
可能となる。
なお、このように発光スペクトルを基に粒子状物質の
成分分析を行う場合において、試料を照射する手段とし
てレーザ光を用いる時には、レーザ光の波長をブレイク
ダウンにより発生する発光スペクトルの波長の範囲外に
設定しておけば、区別が容易で分析精度の向上を図り得
る。
成分分析を行う場合において、試料を照射する手段とし
てレーザ光を用いる時には、レーザ光の波長をブレイク
ダウンにより発生する発光スペクトルの波長の範囲外に
設定しておけば、区別が容易で分析精度の向上を図り得
る。
なお第３の課題解決手段は第１図の実施例に、第４の
課題解決手段は第７図の実施例に、第５、第６の課題解
決手段は第８図の実施例に対応するので、実施例の項で
その作用を詳述する。
課題解決手段は第７図の実施例に、第５、第６の課題解
決手段は第８図の実施例に対応するので、実施例の項で
その作用を詳述する。
本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第１図は本発明の第１実施例を示すシステム構成図、
第２図ないし第５図はその動作状態を示す説明図であ
る。
第２図ないし第５図はその動作状態を示す説明図であ
る。
第１図において、１はNd:YAG（イットリウム−アルミ
ニウム−ガーネット）レーザで、レーザ電源２により制
御されてレーザビームを発する。Nd:YAGレーザ１は1064
nmの波長で発振しており、レーザビーム３は、1064nmの
基本波を用いてもよいし、第２高調波532nm、第３高調
波である355nm、或いは第４高調波である266nmを用いて
も良い。レーザビーム３は、石英板４等を用いてその一
部を反射し、ホトダイオード５等を用いてその光出力が
モニタされる。
ニウム−ガーネット）レーザで、レーザ電源２により制
御されてレーザビームを発する。Nd:YAGレーザ１は1064
nmの波長で発振しており、レーザビーム３は、1064nmの
基本波を用いてもよいし、第２高調波532nm、第３高調
波である355nm、或いは第４高調波である266nmを用いて
も良い。レーザビーム３は、石英板４等を用いてその一
部を反射し、ホトダイオード５等を用いてその光出力が
モニタされる。
石英板４を透過したレーザビーム３は、アパーチャ６
によりビーム径が一定値に絞られ、アパーチャ６を通過
したレーザビーム７は、レンズ８によりセル９内部で集
光される。試料は、導入口10よりセル９に入り、排出口
11より排出される。
によりビーム径が一定値に絞られ、アパーチャ６を通過
したレーザビーム７は、レンズ８によりセル９内部で集
光される。試料は、導入口10よりセル９に入り、排出口
11より排出される。
本実施例のセル９は、試料の入れ替えを自動的に行う
機能を有する。セル９を通過したレーザビームは、スト
ッパ14で吸収され、外部に洩れない構造としてある。
機能を有する。セル９を通過したレーザビームは、スト
ッパ14で吸収され、外部に洩れない構造としてある。
セル９内部には、一対の電極12が設けられ、レーザブ
レイクダウン現象により発生する正イオンと電子，負イ
オンとを電極12間に形成した電場により引き離し、電極
要素（負電極、正電極）に集める。
レイクダウン現象により発生する正イオンと電子，負イ
オンとを電極12間に形成した電場により引き離し、電極
要素（負電極、正電極）に集める。
電極12は、定電圧電源13により一定電圧が印加され、
抵抗15を介して接地されている。電極12に電荷が集めら
れて発生する電気信号は、プリアンプ16で増幅されて信
号処置装置17に入り、さらにコンピュータ18により試料
中の粒径分布と粒子数密度として計算されるように設定
してある。
抵抗15を介して接地されている。電極12に電荷が集めら
れて発生する電気信号は、プリアンプ16で増幅されて信
号処置装置17に入り、さらにコンピュータ18により試料
中の粒径分布と粒子数密度として計算されるように設定
してある。
またコンピュータ18は、レーザ電源２を出力制御する
機能と、ホトダイオード５よりレーザビームの光出力に
関する検出データを入力する。そして、光出力が変動す
る場合には、前記検出データよりこれを認識し、且つ光
出力と信号強度の関係を予めコンピュータ18で記憶して
おくことにより、信号を補正する。
機能と、ホトダイオード５よりレーザビームの光出力に
関する検出データを入力する。そして、光出力が変動す
る場合には、前記検出データよりこれを認識し、且つ光
出力と信号強度の関係を予めコンピュータ18で記憶して
おくことにより、信号を補正する。
ここで、第２図を用いて、電極12間での電荷の発生及
び収集について詳細に説明する。
び収集について詳細に説明する。
平行光束であるレーザビーム７は、レンズ８によりセ
ル９内の焦点位置に集光される。第２図では、集光部は
意図的に拡大して示している。集光部において斜線部
は、ビームウェスト19と呼ばれ、試料中の粒子がブレイ
クダウンする領域である。
ル９内の焦点位置に集光される。第２図では、集光部は
意図的に拡大して示している。集光部において斜線部
は、ビームウェスト19と呼ばれ、試料中の粒子がブレイ
クダウンする領域である。
ビームウェスト19における光出力密度は、試料媒質
（例えば水）や気泡（空気）に対してはブレイクダウン
を発生しないが、試料中の粒子状物質（不純物）に対し
ては、ブレイクダウンを発生させる閾値レベルに設定し
てある。
（例えば水）や気泡（空気）に対してはブレイクダウン
を発生しないが、試料中の粒子状物質（不純物）に対し
ては、ブレイクダウンを発生させる閾値レベルに設定し
てある。
しかして、レーザ光が照射された時にビームウェスト
19内に粒子が存在すると、ブレイクダウンが発生し、プ
ラズマとなる。
19内に粒子が存在すると、ブレイクダウンが発生し、プ
ラズマとなる。
電極12は、負電極12aと正電極12bよりなり、プラズマ
により発生した正イオンは負電極12aに、電子或いは負
イオンは正電極12bに掃引される。
により発生した正イオンは負電極12aに、電子或いは負
イオンは正電極12bに掃引される。
本実施例では、レーザ光は一定周期でパルス点灯する
もので、パルス点灯するエネルギー、レーザビーム７の
径、レンズ８の焦点距離にて、ビームウェスト19の体積
が決定される。試料はセル９中を流しておき、各レーザ
発振毎にビームウェスト19内の試料は入れ替わるような
流速を維持するよう設定してある。
もので、パルス点灯するエネルギー、レーザビーム７の
径、レンズ８の焦点距離にて、ビームウェスト19の体積
が決定される。試料はセル９中を流しておき、各レーザ
発振毎にビームウェスト19内の試料は入れ替わるような
流速を維持するよう設定してある。
以上の条件のもとで、レーザショット回数とブレイク
ダウンにより発生したセル中の電極12間の電気信号の回
数の比を求めれば、試料中の粒子数密度が得られ、ま
た、個々の電気信号を大きさによりその粒子の大きさが
求められる。
ダウンにより発生したセル中の電極12間の電気信号の回
数の比を求めれば、試料中の粒子数密度が得られ、ま
た、個々の電気信号を大きさによりその粒子の大きさが
求められる。
なお、この場合の粒子の数密度、及び粒子の大きさの
測定は、試料中に存在する粒子状物質が稀に存在するよ
うな試料を前提とする。
測定は、試料中に存在する粒子状物質が稀に存在するよ
うな試料を前提とする。
第３図を用いて、各種の測定方法及びこれを用いて得
られた電気信号を説明する。
られた電気信号を説明する。
第３図の（ａ）はレーザ光出力の波形を示す。具体的
な条件として、532nmの波長を用い、１ショット21,22,2
3のエネルギーを30mJとし、１ショットの時間幅を10n
秒,20Hzで繰り返す。レーザショット21の時にビームウ
ェスト19内に粒子20が存在すると、同図（ｂ）に示す如
く、粒子状物質に対する選択的なブレイクダウンにより
生じたプラズマにより電流信号24a,24bが得られる。こ
の場合の電流成分には２種類あり、電子による電流24a
とイオンによる電流24bとがある。一般的に電子とイオ
ンの移動度には約３桁の差があり、電子による電流24a
がμ秒オーダであれば、イオンによる電流24bはｍ秒オ
ーダの時間幅を持つ。２番目のショット22の時には、ビ
ームウェスト19内に粒子が存在せず、ブレイクダウンに
関する信号が発生していない。３番目のショット23の時
には、より大きな電流27a,27bが得られており、これは
より大きな粒子を検出したことを意味する。
な条件として、532nmの波長を用い、１ショット21,22,2
3のエネルギーを30mJとし、１ショットの時間幅を10n
秒,20Hzで繰り返す。レーザショット21の時にビームウ
ェスト19内に粒子20が存在すると、同図（ｂ）に示す如
く、粒子状物質に対する選択的なブレイクダウンにより
生じたプラズマにより電流信号24a,24bが得られる。こ
の場合の電流成分には２種類あり、電子による電流24a
とイオンによる電流24bとがある。一般的に電子とイオ
ンの移動度には約３桁の差があり、電子による電流24a
がμ秒オーダであれば、イオンによる電流24bはｍ秒オ
ーダの時間幅を持つ。２番目のショット22の時には、ビ
ームウェスト19内に粒子が存在せず、ブレイクダウンに
関する信号が発生していない。３番目のショット23の時
には、より大きな電流27a,27bが得られており、これは
より大きな粒子を検出したことを意味する。
このようにして、電流（電気信号）の大きさから粒子
状物質の大きさを求めることが可能となり、また、電気
信号の回数から粒子数密度を求めることができる。
状物質の大きさを求めることが可能となり、また、電気
信号の回数から粒子数密度を求めることができる。
なお、粒子数密度を求める場合には、電子による電流
24b,27bは無視して、電子による電流24a,27aのパルスに
のみ注目して信号処理すると便利である。
24b,27bは無視して、電子による電流24a,27aのパルスに
のみ注目して信号処理すると便利である。
第３図の（ｃ）は、電極12に集められた電荷を示す。
電極12は、電気回路的にはキャパシタンスとして働き、
電荷を蓄積することができる。この電極12に蓄積された
電荷は抵抗15を介して放電され、指数関数的25に減少
し、次回のショット22の時には、零に戻るような時定数
に設定しておく。別のショット23の時に粒子が存在すれ
ば、電荷パルス28が得られる。
電極12は、電気回路的にはキャパシタンスとして働き、
電荷を蓄積することができる。この電極12に蓄積された
電荷は抵抗15を介して放電され、指数関数的25に減少
し、次回のショット22の時には、零に戻るような時定数
に設定しておく。別のショット23の時に粒子が存在すれ
ば、電荷パルス28が得られる。
第３図（ｄ）は、同図（ｃ）で示した電荷により、キ
ャパシタンスである電極12に発生した電圧パルス26,27
の波形を示す。電圧パルス26の波高値は、電子による電
流24aの積分値すなわち、電子の総電荷に比例する。電
圧パルス29についても同様である。
ャパシタンスである電極12に発生した電圧パルス26,27
の波形を示す。電圧パルス26の波高値は、電子による電
流24aの積分値すなわち、電子の総電荷に比例する。電
圧パルス29についても同様である。
第４図は、電圧パルス26,29を検出する方法で、電極1
2間の印加電圧と出力電圧（＝電圧パルスの波高値）と
の関係を示す。
2間の印加電圧と出力電圧（＝電圧パルスの波高値）と
の関係を示す。
同図に示すように、印加電圧を上げることにより、電
子の移動速度が上昇し、正イオンと採結合する確率が低
下し、電極12に到達する割合が増し、出力電圧も上昇す
る。再結合が無視できるようになると、出力電圧は飽和
する。
子の移動速度が上昇し、正イオンと採結合する確率が低
下し、電極12に到達する割合が増し、出力電圧も上昇す
る。再結合が無視できるようになると、出力電圧は飽和
する。
しかして、本実施例によれば、直径0.01μｍの粒子を
とらえて、測定或いは計数することが可能となる。な
お、0.01μｍの粒径をとらえる根拠は、発明の〔作用〕
の項で述べたので参照されたい。
とらえて、測定或いは計数することが可能となる。な
お、0.01μｍの粒径をとらえる根拠は、発明の〔作用〕
の項で述べたので参照されたい。
第５図に本実施例に用いる電極付きのセル内の構造を
示す。このセル９は、長手方向の一端に入射窓30が、他
端に出射窓31が配設される。そして、レーザビーム７
は、集光レンズ８を通った後に、入射窓30を介してセル
９内に入り、セル９内を通過した後に出射窓31より外に
出る。同図（ａ）は、電極12（12a,12b）をセル９内部
に設置した例を、同図（ｂ）は、電極12a,12bをセル９
内壁に貼付した例を、同図（ｃ）は、セル９の一部の電
極12a,12bで構成した例を、同図（ｄ）はセル９の外側
に電極12a,12bを貼付した例を示したものである。
示す。このセル９は、長手方向の一端に入射窓30が、他
端に出射窓31が配設される。そして、レーザビーム７
は、集光レンズ８を通った後に、入射窓30を介してセル
９内に入り、セル９内を通過した後に出射窓31より外に
出る。同図（ａ）は、電極12（12a,12b）をセル９内部
に設置した例を、同図（ｂ）は、電極12a,12bをセル９
内壁に貼付した例を、同図（ｃ）は、セル９の一部の電
極12a,12bで構成した例を、同図（ｄ）はセル９の外側
に電極12a,12bを貼付した例を示したものである。
第６図は、電極12間の検出信号（試料中に存在する粒
子状物質のブレイクダウン現象）の別のとらえ方の示す
例である。
子状物質のブレイクダウン現象）の別のとらえ方の示す
例である。
このうち、第６図の（ａ）は、ブレイクダウンが生じ
ると、電極12a,12b間の抵抗Ｒが変化することに着目
し、この抵抗の変化を求めることで粒子状物質を計測す
る例である。この場合には、ブレイクダウンの生じてい
ない時の抵抗値をＲとし、この時にブリッジ回路がバラ
ンスするように（ブリッジの中間電圧差ΔＶがゼロとな
るように）、Ｒ・Rb＝Rr・Raを設定しておく。このよう
に設定しておけば、ブレイクダウンにより抵抗値が（１
−α）Ｒに変化したとすると、 となり、変化の割合αに比例する信号が得られる。すな
わち、第３図（ｂ）に示す電流がαの形で反映されるた
め、ΔＶを求めることにより粒子の大きさに関する情報
が得られる。
ると、電極12a,12b間の抵抗Ｒが変化することに着目
し、この抵抗の変化を求めることで粒子状物質を計測す
る例である。この場合には、ブレイクダウンの生じてい
ない時の抵抗値をＲとし、この時にブリッジ回路がバラ
ンスするように（ブリッジの中間電圧差ΔＶがゼロとな
るように）、Ｒ・Rb＝Rr・Raを設定しておく。このよう
に設定しておけば、ブレイクダウンにより抵抗値が（１
−α）Ｒに変化したとすると、 となり、変化の割合αに比例する信号が得られる。すな
わち、第３図（ｂ）に示す電流がαの形で反映されるた
め、ΔＶを求めることにより粒子の大きさに関する情報
が得られる。
第６図の（ｂ）は、電極12a,12b間のキャパシタンス
がブレイクダウンにより生じた電子とイオンの存在で変
化することに着目し、この変化をとらえて粒子状物質に
関するデータを検出する方法を示す。
がブレイクダウンにより生じた電子とイオンの存在で変
化することに着目し、この変化をとらえて粒子状物質に
関するデータを検出する方法を示す。
すなわち、この例では、電極12a,12bのキャパシタン
スＣと固定のキャパシタンスCr,抵抗Ra,Rbとで、ブレイ
クダウン発生前にCRb＝CrRaの関係となるブリッジを設
定しておく。そして、ブレイクダウンにより電極12a,12
bのキャパシタンスが（１＋α）Ｃに変化したとする
と、 となり、第６図の（ａ）と同様にして、ΔＶを求めるこ
とにより、粒子状物質に関するデータが得られる。
スＣと固定のキャパシタンスCr,抵抗Ra,Rbとで、ブレイ
クダウン発生前にCRb＝CrRaの関係となるブリッジを設
定しておく。そして、ブレイクダウンにより電極12a,12
bのキャパシタンスが（１＋α）Ｃに変化したとする
と、 となり、第６図の（ａ）と同様にして、ΔＶを求めるこ
とにより、粒子状物質に関するデータが得られる。
なお、今まで説明してきた実施例では、ブレイクダウ
ンに伴う電極間の電荷の情報をパルス的に取扱ってきた
が、これに代えて電極間の平均電流を計測すれば、その
平均電流値から粒子状物質の濃度をとらえることも可能
となる。
ンに伴う電極間の電荷の情報をパルス的に取扱ってきた
が、これに代えて電極間の平均電流を計測すれば、その
平均電流値から粒子状物質の濃度をとらえることも可能
となる。
しかして、本実施例によれば、既述したように粒径が
0.01μｍ程度の微粒子の測定，計数が可能となる。特に
ブレイクダウンにより発生する電極12間のパルス的な電
気信号の大きさからその粒径分布をとらえ、またパルス
信号の発生比率から数密度を知ることが可能となり、さ
らに平均電流値より、粒子状物質の濃度を測定すること
が可能となる。
0.01μｍ程度の微粒子の測定，計数が可能となる。特に
ブレイクダウンにより発生する電極12間のパルス的な電
気信号の大きさからその粒径分布をとらえ、またパルス
信号の発生比率から数密度を知ることが可能となり、さ
らに平均電流値より、粒子状物質の濃度を測定すること
が可能となる。
また、粒子状物質のブレイクダウンを検出する電極
は、従来の圧電素子を用いる光音響効果方式に較べて、
検出素子の特性上のばらつきをなくして安定した信号を
検出し、且つセル構造も圧電素子タイプのものに較べて
単純化できる利点がある。
は、従来の圧電素子を用いる光音響効果方式に較べて、
検出素子の特性上のばらつきをなくして安定した信号を
検出し、且つセル構造も圧電素子タイプのものに較べて
単純化できる利点がある。
第７図は、本発明の第２実施例である。本実施例は、
第１実施例の構成要素に分光器50,光検出器51を付加し
たものである。そして、前記粒径分布及び粒子数密度を
計測するほかに、ブレイクダウンで発生した発光スペク
トルを分光器50,光検出器51を介して検出し、この検出
信号を信号処理回路14を通してコンピュータ18に入力さ
せる。コンピュータ18は、予め粒子状物質の成分と発光
スペクトルとの関係を検索データをして記憶しており、
前記スペクトル検出信号が入力されると、この発光スペ
クトルのピークとなる波長領域から粒子状物質の成分を
分析する。なお、第２実施例で使用するレーザ光の波長
は、発光スペクトルの波長領域外のもので設定してあ
る。
第１実施例の構成要素に分光器50,光検出器51を付加し
たものである。そして、前記粒径分布及び粒子数密度を
計測するほかに、ブレイクダウンで発生した発光スペク
トルを分光器50,光検出器51を介して検出し、この検出
信号を信号処理回路14を通してコンピュータ18に入力さ
せる。コンピュータ18は、予め粒子状物質の成分と発光
スペクトルとの関係を検索データをして記憶しており、
前記スペクトル検出信号が入力されると、この発光スペ
クトルのピークとなる波長領域から粒子状物質の成分を
分析する。なお、第２実施例で使用するレーザ光の波長
は、発光スペクトルの波長領域外のもので設定してあ
る。
次に上記実施例の分析（粒子状物質計測）装置を利用
した超純水管理システムを第８図により説明する。
した超純水管理システムを第８図により説明する。
第８図において、32は水道水等の原水を蒸留塔33に供
給する原水供給ライン、34は有機物等を除去する活性炭
濾過塔、35は、粒子状物質や電解質等を除去する逆浸透
膜モジュール、36は中継タンク、37は電解質等を除去す
るイオン交換樹脂塔、38は製造された純水を貯溜する純
水タンク、39は菌類を殺菌する紫外線殺菌器、40は電解
質を除去するポリッシャ、41は微粒子等を除去する限外
濾過膜モジュールである。限外濾過膜モジュール41から
５方弁42に、比抵抗18McmΩ以上、0.05〜0.1μｍの微粒
子50個/cc以下程度の超純水が供給される。なお、図に
おいて、42〜45は送水ポンプもしくは加圧ポンプであ
る。
給する原水供給ライン、34は有機物等を除去する活性炭
濾過塔、35は、粒子状物質や電解質等を除去する逆浸透
膜モジュール、36は中継タンク、37は電解質等を除去す
るイオン交換樹脂塔、38は製造された純水を貯溜する純
水タンク、39は菌類を殺菌する紫外線殺菌器、40は電解
質を除去するポリッシャ、41は微粒子等を除去する限外
濾過膜モジュールである。限外濾過膜モジュール41から
５方弁42に、比抵抗18McmΩ以上、0.05〜0.1μｍの微粒
子50個/cc以下程度の超純水が供給される。なお、図に
おいて、42〜45は送水ポンプもしくは加圧ポンプであ
る。
製造された超純水は、５方弁42から不純物監視装置
（粒子状物質分析装置）47に送られる。この不純物監視
装置47は、第1,第２の実施例で述べた装置と同様に構成
される。
（粒子状物質分析装置）47に送られる。この不純物監視
装置47は、第1,第２の実施例で述べた装置と同様に構成
される。
すなわち、不純物監視装置47は、製造された超純水に
不純物が存在する場合に、これをレーザビーム照射によ
り選択的にブレイクダウンさせ、このブレイクダウン現
象を電極により検出する。そして、超純水中に予め定め
た規定値以上の粒子状物質（不純物）が検出された場合
には、制御装置46が超純水製造装置の作動が不良である
として停止信号を出し、超純水製造装置からユースポイ
ントへの超純水の供給を停止すると共に、その旨を警報
装置48を介して管理者に連絡する。ここで、警報装置48
としては、ブザーのような聴覚的効果で知らせるもの
や、表示ランプのように視覚的効果で知らせるものがあ
る。
不純物が存在する場合に、これをレーザビーム照射によ
り選択的にブレイクダウンさせ、このブレイクダウン現
象を電極により検出する。そして、超純水中に予め定め
た規定値以上の粒子状物質（不純物）が検出された場合
には、制御装置46が超純水製造装置の作動が不良である
として停止信号を出し、超純水製造装置からユースポイ
ントへの超純水の供給を停止すると共に、その旨を警報
装置48を介して管理者に連絡する。ここで、警報装置48
としては、ブザーのような聴覚的効果で知らせるもの
や、表示ランプのように視覚的効果で知らせるものがあ
る。
しかして、このような管理システムによれば、超純水
製造装置の機器に故障や不良動作が生じた時に、その不
良な超純水の供給停止を図り、製造管理システムの信頼
性の高めることができる。
製造装置の機器に故障や不良動作が生じた時に、その不
良な超純水の供給停止を図り、製造管理システムの信頼
性の高めることができる。
なお、この超純水製造管理システムには、例えば、粒
子状物質の成分をブレイクダウン現象により生じる発光
スペクトルから分析して、超純水製造装置の構成機器の
なかから不良なものを探索することも可能であり、この
ような不良機器を探索して、表示装置49により表示する
ようにすれば、装置の点検，修復作業を容易にする利点
がある。
子状物質の成分をブレイクダウン現象により生じる発光
スペクトルから分析して、超純水製造装置の構成機器の
なかから不良なものを探索することも可能であり、この
ような不良機器を探索して、表示装置49により表示する
ようにすれば、装置の点検，修復作業を容易にする利点
がある。
以上のように本発明における分析方法及び装置によれ
ば、粒子状物質にのみ選択的にブレイクダウンを発生さ
せ、且つ、このブレイクダウン現象を電極により検出す
ることから、試料として液体，気体を問わず、これらの
試料に混在或いは残存する粒子状物質（微粒子）の大き
さ，数密度，濃度等を極めて高精度に測定できる。しか
も、光音響効果方式のものに較べ、試料セルの構造の簡
略化を図り、且つ圧電素子のような特性のばらつきを生
じさせることなく測定メカニズムの簡略を図ることがで
きる。
ば、粒子状物質にのみ選択的にブレイクダウンを発生さ
せ、且つ、このブレイクダウン現象を電極により検出す
ることから、試料として液体，気体を問わず、これらの
試料に混在或いは残存する粒子状物質（微粒子）の大き
さ，数密度，濃度等を極めて高精度に測定できる。しか
も、光音響効果方式のものに較べ、試料セルの構造の簡
略化を図り、且つ圧電素子のような特性のばらつきを生
じさせることなく測定メカニズムの簡略を図ることがで
きる。
さらに、これを利用した超純水製造管理システムによ
れば、超純水の管理を自動的に適正に管理することがで
きる。
れば、超純水の管理を自動的に適正に管理することがで
きる。
第１図は、本発明の第１実施例を示す構成図、第２図
は、その動作原理を示す説明図、第３図は、その信号波
形を示す説明図、第４図は、上記実施例の電極に電圧を
印加した時の出力電圧特性を示す説明図、第５図は、上
記実施例の電極の配置態様を示す説明図、第６図は、上
記実施例の別の信号処理例を示す説明図、第７図は、本
発明の第２実施例を示す構成図、第８図は、本発明の応
用システム（超純水製造管理システム）を示す構成図で
ある。 １……レーザ装置、２……レーザ電源（ブレイクダウン
発生用エネルギー源）、3,7……レーザビーム、９……
セル、12（12a,12b）……電極、13……定電圧源、17…
…信号処理回路、18……コンピュータ（粒子状物質の測
定用演算手段）、32〜45……超純水製造装置、46……制
御装置、47……粒子状物質分析装置、48……警報装置、
49……表示装置、50,51……発光スペクトル検出手段
（分光器，光検出器）。
は、その動作原理を示す説明図、第３図は、その信号波
形を示す説明図、第４図は、上記実施例の電極に電圧を
印加した時の出力電圧特性を示す説明図、第５図は、上
記実施例の電極の配置態様を示す説明図、第６図は、上
記実施例の別の信号処理例を示す説明図、第７図は、本
発明の第２実施例を示す構成図、第８図は、本発明の応
用システム（超純水製造管理システム）を示す構成図で
ある。 １……レーザ装置、２……レーザ電源（ブレイクダウン
発生用エネルギー源）、3,7……レーザビーム、９……
セル、12（12a,12b）……電極、13……定電圧源、17…
…信号処理回路、18……コンピュータ（粒子状物質の測
定用演算手段）、32〜45……超純水製造装置、46……制
御装置、47……粒子状物質分析装置、48……警報装置、
49……表示装置、50,51……発光スペクトル検出手段
（分光器，光検出器）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横瀬 賢次 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 坂上 正治 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 北森 武彦 茨城県牛久市牛久1174―546 (56)参考文献 特開 平１−259240（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−54147（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 15/00 - 15/14
Claims (15)
- 【請求項１】試料中に、試料の媒質のブレイクダウン閾
値より低く、試料に含まれる粒子状物質のブレイクダウ
ン閾値より高いエネルギーを加えて、粒子状物質のみを
選択的にブレイクダウンさせ、且つ試料を介在させた状
態で対の電極を配置して、前記ブレイクダウンにより生
じたプラズマの正イオンを前記電極の負電極に、負イオ
ン及び電子を正電極に掃引させ、この時の電極間の電
流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいずれかを検出する
ことにより、試料中の粒子状物質を分析することを特徴
とする粒子状物質の分析方法。 - 【請求項２】第１請求項において、前記粒子状物質の分
析は、前記粒子状物質のブレイクダウン発生時における
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れか一つの検出信号の大きさから、粒子状物質の大きさ
を測定する粒子状物質の分析方法。 - 【請求項３】第１請求項において、前記粒子状物質の分
析は、前記粒子状物質のブレイクダウン発生時における
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れか一つの検出信号から、粒子状物質の数密度を測定す
る粒子状物質の分析方法。 - 【請求項４】第１請求項において、前記粒子状物質の分
析は、前記粒子状物質のブレイクダウン発生時における
前記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいず
れか一つの検出信号の平均値を求めて、試料中の粒子状
物質の濃度を測定する粒子状物質の分析方法。 - 【請求項５】試料中に、試料の媒質のブレイクダウン閾
値より低く、試料に含まれる粒子状物質のブレイクダウ
ン閾値より高いエネルギーを加えて、粒子状物質のみを
選択的にブレイクダウンさせ、且つ試料を介在させた状
態で対の電極を配置して、前記ブレイクダウンにより生
じたプラズマの正イオンを前記電極の負電極に、負イオ
ン及び電子を正電極に掃引させ、この時の電極間の電
流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいずれかを検出する
ことにより、試料中の粒子状物質の大きさ，数密度，粒
子濃度の少なくとも一つを分析し、 さらに前記ブレイクダウンにより生じたプラズマの光を
分光してその発光スペクトルを検出し、このスペクトル
検出信号を基に粒子状物質の成分を分析することを特徴
とする粒子状物質の分析方法。 - 【請求項６】第１請求項ないし第５請求項のいずれか１
項において、前記試料中に含まれる粒子状物質のみを選
択的にブレイクダウンさせる場合には、試料にレーザ光
を照射し、このレーザ光の出力密度を媒質のブレイクダ
ウン閾値より低く、且つ粒子状物質のブレイクダウン閾
値より高く設定して行う粒子状物質の分析方法。 - 【請求項７】第６請求項において、試料に印加する前記
レーザ光は、設定の周期でパルス状に出力し、前記電極
間に印加する電圧は、直流とする粒子状物質の分析方
法。 - 【請求項８】第７請求項において、試料を照射する前記
レーザ光は、設定の周期でパルス状に出力し、前記電極
間に印加する電圧は、前記レーザ光に同期したパルス電
圧とする粒子状物質の分析方法。 - 【請求項９】第１請求項ないし第８請求項のいずれか１
項において、前記試料は液体試料であり、前記粒子状物
質にブレイクダウンを発生させるエネルギーは、前記液
体試料の他に試料中に発生する気泡のブレイクダウン閾
値よりも低く設定してなる粒子状物質の分析方法。 - 【請求項１０】第５請求項において、試料を照射する前
記レーザ光の波長を、前記ブレイクダウンにより発生す
る発光スペクトルの波長の範囲外に設定してなる粒子状
物質の分析方法。 - 【請求項１１】試料を収容するためのセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレーザ
光出力密度が試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン閾値
より高くなるように設定する機能を有するレーザ光照射
手段と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置され
る対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の前
記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいずれ
かを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，数
密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段と、 を備えてなることを特徴とする粒子状物質の分析装置。 - 【請求項１２】試料を収容するためのセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレーザ
光出力密度が試料の媒質のブレイクダウン閾値より低
く、試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン閾値
より高くなるように設定する機能を有するレーザ光照射
手段と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置され
る対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の前
記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいずれ
かを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，数
密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段と、 前記粒子状物質をブレイクダウンさせた時に生じるプラ
ズマを分光させて、その発光スペクトルを検出する手段
と、 予め粒子状物質の成分と発光スペクトルとの関係を分析
データとして記憶して、前記検出された発光スペクトル
の検出信号に基づき粒子状物質の成分を分析する手段と
を、 備えてなることを特徴とする粒子状物質の分析装置。 - 【請求項１３】第11請求項又は第12請求項において、前
記セルは、試料の入替えを自動的に行う機能を有し、こ
の試料の入替え毎に前記レーザ光を出力するように設定
してなる粒子状物質の分析装置。 - 【請求項１４】複数の機器から構成される超純水製造装
置と、 前記超純水製造装置で製造された超純水の少なくとも一
部を試料として導入するセルと、 レーザ光をセル内の試料に照射する手段で、そのレーザ
光出力密度が水及び空気のブレイクダウン閾値より低
く、且つ試料中に含まれる粒子状物質のブレイクダウン
閾値より高くなるように設定可能なレーザ光照射手段
と、 試料を介在させた状態でセル内外のいずれかに配置され
る対の電極と、 前記電極に定電圧を印加する手段と、 試料中の粒子状物質のみをブレイクダウンさせた時の前
記電極間の電流，電圧，抵抗，キャパシタンスのいずれ
かを検出する手段と、 前記検出データを基に試料中の粒子状物質の大きさ，数
密度，粒子濃度の少なくとも一つを算出する手段と、 製造された超純水の不良を前記算出されたデータから判
定する手段と、 試料の不良が判定されると、超純水製造装置からユース
ポイントへの試料の供給を停止すると共に、その旨の警
報を発する手段とを、 備えてなることを特徴とする超純水製造管理システム。 - 【請求項１５】第14請求項において、前記超純水製造装
置は、前記粒子状物質をブレイクダウンさせた時に生じ
るプラズマを分光させて、その発光スペクトルを検出す
る手段と、 前記検出された発光スペクトルの検出信号に基づき粒子
状物質の成分を分析する手段と、 試料の不良が判定されると、その原因となる前記超純水
製造装置の構成機器を、前記粒子状物質の成分分析デー
タの中から探索して、その旨を表示する手段とを有して
なる超純水製造管理システム。
Priority Applications (2)
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| JP1240316A JP2769205B2 (ja) | 1989-09-16 | 1989-09-16 | 粒子状物質の分析方法、その装置及びこれを利用した超純水製造管理システム |
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| JP1240316A JP2769205B2 (ja) | 1989-09-16 | 1989-09-16 | 粒子状物質の分析方法、その装置及びこれを利用した超純水製造管理システム |
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| JPH03102242A JPH03102242A (ja) | 1991-04-26 |
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1990
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Also Published As
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