JPH06288923A - 水中のシリカ成分の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中の非イオン状シリカ成分を含む全シリカ
の測定を設備の運転管理に有益なインラインで測定する
可能とする分析装置を提供する。 【構成】 純水製造設備等の分析対象水が通流する主配
管から分流させた試料水を、これに含まれる非イオン状
のシリカ成分をイオン化させるために、試料水にオゾン
を注入する手段及び試料水に紫外線を照射する手段から
なるイオン化処理装置に通し、このイオン化処理装置を
通った試料水にモリブデン黄吸光光度法の測定に用いる
試薬を注入し、試薬注入後の試料水の黄色の吸光度を光
学測定手段で測定するように設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中のシリカ成分を測
定分析する装置、詳しくはイオン成分のみならず非イオ
ン成分を含む全シリカ分を連続的にあるいは間欠的に測
定することができる分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】純水製造装置、逆浸透膜装置、復水脱塩装
置等の運転を管理するために、従来から水中のシリカ成
分を測定するための種々の水中シリカ成分の測定分析装
置が用いられ、例えば純水製造装置においてはその処理
水中のシリカ濃度を測定し、処理水中の濃度が予め定め
た設定値を越えた場合に設備の運転上に必要な適当な対
応操作を行なうように利用されている。

【０００３】これらの装置における水中シリカ成分の測
定分析は、ＪＩＳ Ｋ ０１０１に準拠した方法に基づ
くものであり、要するに、イオン状シリカがモリブデン
酸アンモニウム（モリブデン酸試薬）と反応して生成す
るヘテロポリ化合物の黄色の吸光度を測定してシリカを
定量するものである。また、生成したヘテロポリ化合物
を４−アミノ−３−ヒドロキシ−１−ナフタレンスルホ
ン酸で還元してモリブデン青に変え、その吸光度を測定
してシリカを定量する方法も知られている。

【０００４】ところで、近時においては一般に超純水と
呼ばれるより清浄な高純度水を製造することとその管理
が求められている。これは、例えば半導体製造分野にお
いては純水により半導体を洗浄したウエハにシミが残る
ことがあって、これが製品歩留まりを低下させる一因と
なっているからである。このシミの原因の多くは水中の
シリカ成分に由来することが指摘されている。

【０００５】しかし上記のモリブデン酸試薬を用いた測
定方法によってはこのようなシミの原因となる全シリカ
成分を対象とした水質管理は出来ない。これは上述した
測定方法ではその原理から分かるようにイオン状のシリ
カ成分しか測定できず、水中に微量に存在する非イオン
状のシリカ成分（通常「コロイド状シリカ」）の定量が
出来ないからである。

【０００６】一方、水中のコロイド状シリカ成分を定量
する方法としては、例えば試料を濾過（孔径０．４５〜
１ｍｍ）し、濾液に炭酸ナトリウムを加えて煮沸し、非
イオン状シリカをイオン状とした後、モリブデン黄，青
で定量する方法が知られている（ＪＩＳ Ｋ ０１０
１）。

【０００７】また全シリカ成分を定量する方法として
は、同じくＪＩＳ Ｋ ０１０１の重量法が知られてお
り、これは試料に塩酸と過塩素酸を加えて加熱し、過塩
素酸の白煙を発生させてシリカを脱水して不溶性とし、
水を加えて塩類を溶解した後シリカを濾別し、硫酸とフ
ッ化水素酸でシリカを揮散させてその減量からシリカを
定量する方法である。また試料に炭酸ナトリウムを加え
て蒸発乾固後融解してシリカをイオン状とした後、モリ
ブデン黄，青で定量する方法も知られている。

【０００８】しかしながら、これらのコロイド状シリカ
成分を測定する方法、あるいは全シリカ成分を測定する
方法は、いずれも加熱，煮沸という面倒で時間のかかる
操作が必要で、純水製造装置などにかかる測定のための
装置を組み込むことも不可能であった。しかし処理水を
取出して上記方法で実験室的に処理水中の全シリカ成分
の濃度を測定し、その測定結果により処理水の水質低下
が検出されても、実際に設備に必要な対応操作は相当な
時間の遅れの後に行なえるに過ぎず、実際には、実質的
にインラインの測定を行なうことができる上記のモリブ
デン酸試薬を用いたイオン状シリカ成分の測定のみで管
理を行なっているのが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は以上のよう
な従来技術の現状に鑑み、純水製造装置、逆浸透膜装
置、復水脱塩装置等の処理水中のコロイド状シリカ成
分、あるいは全シリカ成分を迅速にかつ簡易な方法で測
定できる方法を鋭意研究し、本発明をなすに至ったもの
である。

【００１０】すなわち本発明は、対象とする水中のイオ
ン状及び非イオン状の双方を含む全シリカ成分（あるい
はイオン状と非イオン状シリカ成分を別々に）を迅速に
かつ容易に測定することができる水中のシリカ成分の分
析装置を提供することを目的とする。

【００１１】また本発明の別の目的は、種々の設備等の
処理水中の全シリカ成分をインラインで測定することが
できる簡易なシリカ成分の分析装置を提供するところに
ある。

【００１２】また本発明の更に別の目的は、種々の設備
の処理水中の全シリカ成分を連続的に監視することがで
き、これにより、処理水中のシリカ成分の濃度が予め定
めた管理基準値を越えた場合に迅速に設備の対応操作を
行なえるようにして、処理水質の良好な管理を実現でき
るシリカ成分の分析装置提供するところにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を実現するために種々研究を重ね、超純水中の無機
質微粒子の処理に関する従来例例えば、コロイド状物質
をオゾンのバブリングにより強制酸化して酸化固形微粒
子にして除去する提案（"A Mechanistic Study of Ozon
e-Induced Paarticle Destabilization",JOURNAL AWWA,
1991）も検討したが、この方法では水中のコロイド状シ
リカをイオン化することはできない。また純水中に含ま
れる無機微粒子のイオン化については他に適当な従来技
術は知られていない。

【００１４】ところが強制酸化と紫外線照射を組合わせ
て処理すると、従来は全く予測されていなかったコロイ
ド状シリカのイオン化が起こることを本発明者は見出し
た。本発明はかかる知見に基づいてなされたものであ
る。すなわち本発明の水中のシリカ成分の分析装置の特
徴は、分析対象の水が通流する主配管から試料水を分流
させる試料採取管と、この試料採取管を通流する試料水
に含まれる非イオン状のシリカ成分をイオン化させるイ
オン化処理装置と、このイオン化処理装置を通った試料
水にモリブデン黄吸光光度法の測定に用いる試薬、又は
更にモリブデン青吸光光度法の測定に用いる試薬を注入
する試薬注入手段と、試薬注入後の試料水の黄色又は青
色の吸光度を検出するための光学手段とを備え、上記イ
オン化処理装置は、試料水に酸化剤を接触させる酸化剤
注入手段、及び紫外線を照射する紫外線照射手段を有す
るところにある。

【００１５】上記構成におけるイオン化処理装置は、酸
化剤注入手段と紫外線照射手段が一つの装置として設け
られていてもよいが、順次の工程を形成するように別々
に設けることが構成上好ましい。酸化剤注入手段は、例
えばオゾンガス，塩素ガス等の酸化性ガス、あるいは次
亜塩素酸ナトリウム等の酸化性液体を試料採水管に直接
注入するか、あるいは槽に試料水を通しながらこの槽に
酸化剤を注入するように設けることができる。また紫外
線照射装置は、既存の紫外線照射装置を利用することも
できるが、好ましくは、紫外線発光灯の周囲に試料水を
通水させる形式の装置を用いることがよい。

【００１６】イオン化処理装置を通った試料水に試薬を
注入する試薬注入手段は、所要の試薬を注入する適宜の
装置を用いることができ、例えば特開昭５７−２０７８
５１号公報第１図あるいは第２図に示される装置を用い
ることができる。試薬は、モリブデン黄吸光光度法を実
施する場合には、モリブデン酸アンモニウム溶液の他、
硫酸、塩酸、シュウ酸等が用いられ、モリブデン青吸光
光度法を実施する場合には、モリブデン酸アンモニウム
がイオン状シリカと反応して生成したヘテロポリ化合物
をモリブデン青に変えるために、４−アミノ−３−ヒド
ロキシ−１−ナフタレンスルホン酸の他、塩酸、シュウ
酸等が用いられる。

【００１７】そして黄色又は青色に呈色した試料水を適
宜の吸光度測定用の光学装置、例えば可視光線をフィル
ターに通過させて特定の波長とする方式のものや、特定
波長の光を発する発光ダイオード等の発光素子からなる
発光源と、光電管やホトトランジスタ等の受光素子から
なる受光部を、試料水を通す透明セルを挾んで対向させ
た光学装置を例示することができ、受光部で検出した光
量を検流計で表示するとか、コンピュータを用いて適当
な演算処理を行なってＣＲＴ等に表示するとかして水質
状態を監視することができ、更には、検出情報に基づい
て主配管を通流する処理水の処理設備の制御装置に、必
要な制御情報として送信することで、好ましい処理水質
の管理をすることが実現できる。

【００１８】また、上記試料採取管は、イオン化処理装
置を通して試薬分注手段に試料を通流させる経路と、該
イオン化処理装置をバイパスして試薬分注手段に試料を
通流させる経路とを切換え可能に設ければ、イオン化処
理しない状態での試料水中に含まれるイオン状体のシリ
カ成分のみを測定分析することと、全シリカ分を測定分
析することとが任意に選択でき、これによってイオン状
シリカ成分と非イオン状シリカ成分の双方を正確に把握
することもできる。

【００１９】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。 実施例１ 図１において、１は、例えば純水製造装置の処理水が通
流する主配管であり、この主配管１から分岐された試料
採取管２を通して、分流された試料水が連続してオゾン
散気槽３の下部に送られる。このオゾン散気槽３は下部
からオゾンガス注入管４によりオゾンが注入され、排気
管５を介して排オゾンガスは排気される。

【００２０】オゾン散気槽３でオゾン散気された試料水
は、該オゾン散気槽３の上部から次ぎの貯槽６にの下部
に送られ、更に水中オゾンの脱気が行なわれた後、上部
から紫外線照射装置７に送られる。

【００２１】この紫外線照射装置７は、紫外線発光灯を
内蔵した透明ガラス管８の周囲を試料水がその長尺方向
に沿って流れるように設けられており、これを流れる所
定時間の間、紫外線の照射を受ける。

【００２２】紫外線照射を受けた試料水は貯槽９を経
て、検出装置１０に送られ、モリブデン黄吸光光度法に
よる測定、あるいはモリブデン青吸光光度法による測定
が行なわれる。

【００２３】図２はこの検出装置１０のモリブデン黄吸
光光度法とモリブデン青吸光光度法による測定をいずれ
も行なうことができる装置構成一例を示したものであ
り、これは既知のものであるので、その構成を操作と共
に簡単に説明する。

【００２４】まず、採取弁１０１を開いてまず所定量の
試料水を透明な材料で構成されている反応槽１０２にと
り、採取弁１０１を閉じる。次ぎに撹拌を行ないなが
ら、試薬である塩酸とモリブデン酸アンモニウムの混合
溶液を第１試薬貯槽１０３からポンプ１０４で反応槽１
０２に注入して一定時間の反応を行なわせる。次いで、
シュウ酸溶液を第２試薬貯槽１０５からポンプ１０６で
反応槽１０２に注入し、同様に一定時間の反応を行なわ
せる。この後更に、一定量の亜硫酸ナトリウムと亜硫酸
水素ナトリウムと４−アミノ−３−ヒドロキシ−１−ナ
フタレンスルホン酸の混合液を第３試薬槽１０７からポ
ンプ１０８で反応槽１０２に注入し、一定時間の反応を
行なわせる。

【００２５】以上の操作により、反応槽に取り入れられ
た試料水は、これに含まれているイオン状のシリカが反
応して青色の呈色を示し、その青色の濃さは、含有され
ているイオン状シリカ成分の量に比例する。これを、発
光源１０９の光を反応槽１０２に透過させて受光部１１
０でこれを受光し、光電変換して検流計１１１で測定す
ることができる。この測定結果を、予め求めた検量線と
比較することで試料水中に含まれている全シリカの量を
求めることができる。

【００２６】測定が終了した反応槽１０２内の試料水
は、排水弁１１２で排水し、次ぎの試料水の測定に備え
る。

【００２７】以上の図１及び図２の装置を用いて、以下
のモリブデン黄色吸光光度法による分析試験を行なっ
た。また比較のためにＪＩＳ Ｋ ０１０１のモリブデ
ン黄色吸光光度法に規定された手順で全シリカの分析を
行ない、その結果を下記表１に示した。

【００２８】なお、サンプル水としては工水Ａ，Ｂ、市
水Ａ，Ｂを用いて、容量１００ｍｌのオゾン散気槽３に
１０ｍｌ／ｍｉｎとなるように通水し、イオン化処理装
置におけるオゾン注入にはオゾンマスター（笹倉社製オ
ゾン発生器）を用いて、溶解オゾン濃度５ｐｐｍとなる
ように散気し、また紫外線照射装置は、容量１００ｍｌ
とし、内部に１５Ｗの紫外線ランプを有するものを使用
した。

【００２９】

【表１】

【００３０】この結果から分かるように、本発明装置を
用いて測定した結果は、ＪＩＳ法により分析した結果と
実質的に同一であり、本発明装置によって全シリカの分
析が可能であることが確認された。

【００３１】実施例２ 図３に示す装置は、図１の装置に比べて、主配管１に分
岐接続された試料採取管２が、オゾン散気槽３，紫外線
照射装置８，及び貯槽６，９等からなるイオン化処理装
置を通して検出装置１０に試料水を流す経路（以下主経
路という）と、バイパス路１１を通して検出装置１０に
試料水を流す経路とを有するように設けられている点で
異なっている。なお１２，１３はいずれか一方の経路か
ら試料水を流すように開閉を切換えるための切換弁であ
る。他の構成は図１と同様であるので説明は省略する。

【００３２】この図３の装置を図２の装置に接続して、
超純水製造装置のイオン交換水、逆浸透膜装置の透過
水、この逆浸透膜装置の非透過側の濃縮水を夫々試料水
として試験を行なった。試験は、切換弁１２，１３を切
換えて、各試料水について夫々イオン化処理装置を通し
た場合（主経路を経由）と通さない場合（バイパス路を
経由）の両方について行ない、通水条件、イオン化処理
の条件等は実施例１と同じとした。

【００３３】また比較のために、これらの各試料水につ
いて上記ＪＩＳ Ｋ ０１０１のモリブデン黄色吸光光
度法に規定された手順で全シリカの分析を行ない、その
結果を下記表２に示した。

【００３４】

【表２】

【００３５】以上の結果から、主経路を経由してイオン
化処理を行なった場合には、実施例１と同様にＪＩＳ法
と実質的に一致する全シリカの測定が行なえ、バイパス
路を経由してイオン化処理を行なわない場合には、従来
と同様に試料水中のコロイド状シリカ成分を除くイオン
状シリカ成分のみの測定が行なえることが分かり、これ
によってイオン状及び非イオン状の夫々のシリカ成分の
含有量を分析することができた。

【００３６】なお、本発明は以上の実施例に限定される
ものではなく、例えば純水製造設備の処理水等を連続的
に測定分析することもできる。

【００３７】図４は、このために図１あるいは図３の装
置の検出装置１０として用いることができる装置の一例
を示したものである。この検出装置では、試料水を採取
弁１０１からコイル状の反応配管１２０、暗箱１２１内
の透明セル１２２、放水管１２３に連続的に流しなが
ら、途中で第１試薬貯槽１０３、第２試薬貯槽１０５か
ら試薬を注入して反応配管１２０でモリブデン黄吸光光
度法の反応を行なわせ、これを透明セル１２２で光学的
に吸光度を測定するようにしたものであり、これによっ
て連続的な測定分析が実現できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の水中シリカ成分の分析装置によ
れば、対象とする水中のイオン状及び非イオン状の双方
を含む全シリカ成分（あるいはイオン状と非イオン状シ
リカ成分を別々に）を迅速にかつ容易に測定することが
できるという効果がある。

【００３９】また諸設備における水中の全シリカ成分を
インラインで容易に測定分析することができる効果があ
り、また、連続的な監視もできるため、処理水中のシリ
カ成分の濃度が予め定めた管理基準値を越えた場合に迅
速に設備の対応操作を行なえて、処理水質の良好な管理
を実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明よりなる水中のシリカ成分を分析する装
置の構成概要一例をブロックで示した図、

【図２】本発明に用いる検出装置の構成概要の一例を示
した図、

【図３】本発明よりなる水中のシリカ成分を分析する装
置の構成概要の他の例をブロックで示した図、

【図４】本発明に用いる検出装置の構成概要の他の例を
示した図である。

【符号の説明】

１・・・主配管、２・・・試料採取管、３・・・オゾン
散気槽、４・・・オゾンガス注入管、５・・・排気管、
６，９・・・貯槽、７・・・紫外線照射装置、８・・・
透明ガラス管、１０・・・検出装置、１１・・・バイパ
ス路、１２，１３・・・切換弁、１０１・・・採取弁、
１０２・・・反応槽、１０３・・・第１試薬貯槽、１０
５・・・第２試薬貯槽、１０７・・・第３試薬貯槽、１
０９・・・発光源、１１０・・・受光部、２０・・・検
流計。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析対象の水が通流する主配管から試料
   水を分流させる試料採取管と、この試料採取管を通流す
   る試料水に含まれる非イオン状のシリカ成分をイオン化
   させるイオン化処理装置と、このイオン化処理装置を通
   った試料水にモリブデン黄吸光光度法の測定に用いる試
   薬、又は更にモリブデン青吸光光度法の測定に用いる試
   薬を注入する試薬注入手段と、試薬注入後の試料水の黄
   色又は青色の吸光度を検出するための光学手段とを備
   え、上記イオン化処理装置は、試料水に酸化剤を注入す
   る酸化剤注入手段、及び試料水に紫外線を照射する紫外
   線照射手段を有することを特徴とする水中のシリカ成分
   の分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、酸化剤がオゾンであ
   ることを特徴とする水中のシリカ成分の分析装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、試料採取管
   は、イオン化処理装置を通して試薬分注手段に試料を通
   流させる経路と、該イオン化処理装置をバイパスして試
   薬分注手段に試料を通流させる経路とが、切換え可能に
   設けられていることを特徴とする水中のシリカ成分の分
   析装置。