JPH03102242A - 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

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JPH03102242A JP1240316A JP24031689A JPH03102242A JP H03102242 A JPH03102242 A JP H03102242A JP 1240316 A JP1240316 A JP 1240316A JP 24031689 A JP24031689 A JP 24031689A JP H03102242 A JPH03102242 A JP H03102242A
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剛 西垂水
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哲也 松井
Kenji Yokose
横瀬　賢次
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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． 〔従来の技術】 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ｆｆ（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．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． 例えば、特開昭５０−９１３９０号，特開昭５２−２８
３８９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．更に最近では、本発明者ら
が開発したものとしテ，ＪＡＰＡＮＩＥＳＨ　ＪＯＵＲ
ＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＩ｛ＹＳＩＣＳ　Ｖ
ＯＬ．２７，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ，　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
さや数に基すき、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．〔発明が解決しようと
する課題〕 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
。
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． 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診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。
〔課題を解決するための手段〕
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？４％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．ｆ３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。
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。
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。
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、 予め粒子状物質の戊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、 複数の機器から構戊される超純水製造装Ｆｔ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，ｆ！１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。
〔作用〕
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６３−８５０９
４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／ｃｍ”、水が３　Ｘ　１　０　
ｏｏＷ　／　ｃｍ’　，ポリスチレン粒子が４　Ｘ　１
　０ｏｓ／ａｍ”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． 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ＩＴ（｛ｉｌｉｏ．
５２４Ｘ１０−”ｇ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０．２６３Ｘ１０’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，０．４２１Ｘ１０
″″”Ｃ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．Ｏ．Ｏｆμｍ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． 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．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．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
状物質の戊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或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．〔実施例〕 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１図において，１はＮｄ　：　ＹＡＧ　（イットリウ
ムーアルミニウムーガーネット）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：ＹＡ
Ｇレーザ１は１０６４ｎｍ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七二タさ
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．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，ストツパ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ｌ２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． 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１
８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，前記検出デー夕よりこれを認識し、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。
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、
ビームウエスト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。
ビームウエスト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． しかして、レーザ光が照射された時にビームウエスト１
９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． 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，ビームウエスト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
発振毎にビームウエストｌ９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間の電気信珍の回
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． 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． 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
，２２．２３のエネルギーを３０ｍＪとし，１ショット
の時間幅をＩｏｎ秒，２　０　Ｈ　ｚで繰り返す。レー
ザショット２１の時にビームウエスト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２４　ａ　，　２４　ｂ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２
４ａ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２４
ｂ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、ビームウエスト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。
なお、粒子数密度を求める場合には、電子による電流２
４ｂ，２７ｂは無視して，電子による電流２４ａ，２７
ａ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バ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．電圧バルス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．電圧バルス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１２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。
しかして，本実施例によれば、直径ｏ．ｏｉμｍ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、Ｏ．ＯＬｐｍ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ｇ３１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１
２ａ，１２ｂをセル９内漿に貼付した例を、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． 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．第６図の（ｂ）は，電極１２ａ，１２ｂ間
のキャバ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． すなわち、この例では、電極１２ａ，１２ｂのキャバシ
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，１２ｂ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，Δ■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．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
ルス的な電気信じ・の大きさからその粒径分布をとらえ
、またバルス信跨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
８１’Ｊ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。
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５ｌ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１
８に入力させる。コンピュータ１８は、予め粒子状物質
の戊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
物質の戒分を分析する．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。
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ボリッシャ、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１８Ｍｃｍ
Ω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。
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を介して管理村に連銘する。ここで、警報装
ｒｉ：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
な超純水の偶給停止を図り、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。
〔発明の効果〕
以上のように本発明における分析方法及び装直によれば
、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
料に混往或いは残存する粒子状物’ｆｆ（微粒子）の大
きさ，数密度，Ｗ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。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第王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。 ｌ・・・レーザ装置、２・・・レーザ＠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、１　２　（　１　２　ａ　，　１　２
　ｂ　）　−ｆｆｉｉ．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
）。 第１図 第２図 第 ３ 図 第 ５ 図 吟ｒ司 （ａ） 第 ４ 図 第 ６ 図 第 ７ 図 第 ８ 図 ３２〜４５・・超純水製造装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139350A1 (ja) 2008-05-16 2009-11-19 株式会社Adeka ポリオレフィン系樹脂組成物
JP2011033605A (ja) * 2009-08-06 2011-02-17 U-Tec Corp センサ
CN109276964A (zh) * 2017-07-19 2019-01-29 贾广 一种负离子除霾结构

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5631462A (en) * 1995-01-17 1997-05-20 Lucent Technologies Inc. Laser-assisted particle analysis
US6426226B1 (en) 1997-10-10 2002-07-30 Laboratory Catalyst Systems Llc Method and apparatus for screening catalyst libraries
BR9812909A (pt) * 1997-10-10 2002-02-05 Bp Chemical Ltd Processo e microreator para classificação rápida de coletâneas de catalisador em potencial quanto as propriedades catalìticas
GB0019132D0 (en) * 2000-08-04 2000-09-27 Aurora Technical Trading Ltd A solution monitor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB554792A (en) * 1941-10-16 1943-07-20 Geophysical Prospecting Compan An improved electrical apparatus for the analysis or identification of gases, vapours and the like
US2959677A (en) * 1957-05-02 1960-11-08 Cons Electrodynamics Corp Gas analysis
US2950387A (en) * 1957-08-16 1960-08-23 Bell & Howell Co Gas analysis
US3948625A (en) * 1972-07-24 1976-04-06 Environmental Master Systems, Inc. Irradiation and electrostatic separator
US3859526A (en) * 1973-10-23 1975-01-07 Block Engineering Method and apparatus for detecting
US4160161A (en) * 1978-05-30 1979-07-03 Phillips Petroleum Company Liquid chromatograph/mass spectrometer interface
US4259573A (en) * 1979-11-05 1981-03-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method of determining small concentrations of chemical compounds by plasma chromatography
US4320394A (en) * 1979-11-30 1982-03-16 International Telephone And Telegraph Corporation Fiber optics liquid level and flow sensor system
CH649231A5 (de) * 1980-10-28 1985-05-15 Hans Christoph Siegmann Prof D Verfahren zum elektrischen aufladen von schwebeteilchen in gasen.
US4713548A (en) * 1985-11-12 1987-12-15 Lehigh University Electron attachment apparatus and method
JP2735222B2 (ja) * 1988-06-01 1998-04-02 株式会社日立製作所 質量分析計

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139350A1 (ja) 2008-05-16 2009-11-19 株式会社Adeka ポリオレフィン系樹脂組成物
US8546473B2 (en) 2008-05-16 2013-10-01 Adeka Corporation Polyolefin resin composition
EP2837654A1 (en) 2008-05-16 2015-02-18 Adeka Corporation Polyolefin resin composition
JP2011033605A (ja) * 2009-08-06 2011-02-17 U-Tec Corp センサ
CN109276964A (zh) * 2017-07-19 2019-01-29 贾广 一种负离子除霾结构

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