JPS6271831A - 液中の不純物の測定方法とその装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液中の不純物の測定方法とその装置。

に係り、特に超純水中の不純物をオンラインで測定する
のに適した方法と装置に関する。

〔発明の背景〕

原子力発電、電子工業、医療なでの分野においては、不
純物をできるだけ少なくした高純度の水（超純水）を使
用する。二とが要求されている。このよう純水に近い水
をＭ製するには、その製造技術と精製水の水質評価技術
が重要であり、特にオニラインで高精度に不純物を測定
することが要望されている。

従来、液中の不純物を直接レーザーを用いてオンラーｒ
ンで測定する方法が知られている０例えば。

アナリイテイカル　ケミストリイー４５巻２号１９７３
年２月２２３Ａ頁参照。しかしながら、この方法では、
液中の不純物の全量を測ることができない。叩ち、通常
、液中（水中）に含まれる不純物には水に不溶な粒状物
と溶存物がある。粒状物はさらに無機物と有機物に分け
られ、後者は微生物とその他に分けられる。溶存物も無
機物と有機物に分けられ、さらに両者は電解質と非電解
質に分けられる。以上が水中に含まれる不純物の全内訳
だが、高純度の水には、上記のものが微量含まれている
ので、そのすべての不純物を測定し管理する必要がある
。ところが、上述した方法では水中への溶存物質を測定
できない。これは、例えば。

超純水をＬＳＩの洗浄工程に使用する場合問題となる。

ウェハを洗浄したのち乾燥させるが、その過程で溶存物
質が凝集し、固体粒子化するので種種の悪影響が発生す
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、液中の溶存物質を含む全ての不純物を
オンラインで精度よく測定しうる方法とその装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

液をクリーンエア中で霧化（微細な水滴にする）し、そ
れを蒸発させることにより、液中に含まれる不純物（微
粒子、微生物、溶存物等すべての蒸発残留物）を蒸発乾
固した固体粒子としてクリーンエア中に浮遊させ、その
粒子の全体積を測定するものである。体積測定法の１つ
としてレーザー散乱法により微粒子の粒径と個数を測定
し、それから体積を求めることができる。ところで蒸発
残留−を重量で測定する方法では、限界がある。これは
重量測定は固体及び浮力等により、測定限界（ＪＩＳで
は５　ｍ　ｇ以上としている）があり、微量重量測定が
できないため、大量の水を蒸発させる必要があると同時
に１重量測定では連続測定が困難でありオンライン計測
には不適であるが、体積測定には、このような間頭がな
いので液中の全不純物の固体粒子化との組合せで上述し
た目的を達成できる。

（発明の実施例〕 第１図の本発明の１実施例を示す図である。本実施例で
はガスとして外気の空気１０を用いた場合であり、それ
をポンプ４１０により孔径０．１μｎｉのメンブレンフ
ィルタが設置されたエアフィルタ４００により０．１　
　μｍ以上の空気中の微粒子を除去しクリーンエア１１
にする。サンプル水２０もポンプ４２０により霧化器１
００へ送られ。

そこでり１−フェア１１中に水滴の状態で分散される。

クリーンエア中に分散された水滴は、気化器２００で加
熱蒸発し、水滴中の微量の不純物が全量（揮発分は除く
）固化し粒子となってクリーンエフ中に浮遊する。固体
粒子が浮遊したクリーンエア２３が気中微粒子カウンタ
ー３１０へ入り、そこでエア中の固体粒子の粒径と個数
がオンラインで針孔される。その粒径と個数のデータよ
り演算器３２０で固体粒子の全体積が計算され、サンプ
ル水（つ亡り水滴）に含まれていた不純物の体積がオン
ラインで求まる。

本実施例は、サンプル水をクリーンガス中に水滴として
分散させる霧化工程と、ガス中の水滴を蒸発気化させる
工程と、気化後にガス中に残留する固体粒子と全体積を
Ｍ１測する気中微粒子計測工程よりなる。

ところで気中微粒子計測器には直接体積を濃度の形で求
める沈降式や照度法、吸光度法があるが。

いずれも、高′ａ度でないと測定できず、しかも精度が
低い。これに対し１本実施例は、気中微粒子カウンター
を用いて気中の固体粒子の粒径と個数を求め、それから
全体積を求める方式であるためχ用的低Ｓ度液の不純物
をかつ精度よく測定できる。

上述した構成機器以外に以下のようなものが使用できる
。

即ち、霧化器としては、（１）液体を４０〜６０−／−
まで加圧してノズルより噴出させる高圧ノズル法、（２
）高速回転中の円板に液を衝突させて液を微粒化させる
回転円板法、（３）高速ガスで液を微粒化させる２流体
ノズル法、さらには（４）超音波微粒化法、（５）高電
場微粒化法があってもよい。

又、気化器としては、クリーンエア中の水滴の加熱方法
で分類でき、（１）伝熱壁を介して間接加熱する方法、
（２）高温のクリーンエアと水滴を直接接触させ加熱さ
せる方法、（３）水滴にふく射熱で直接加熱する赤外線
加熱法、（４）水滴に直接高周波エネルギを加えて、水
滴内部の分子運動をおこなう方法であってもよい。

気中微粒子方ウンターとしては、（１）レーザー等を粒
子に当ててその散乱強度から粒径を求める光散乱法、（
２）粒子の拡散沈着と粒径の関係から求めるディフュー
ジョンバッテリ法、（３）粒子を帯電させて電気移動度
より求めるモビリティアナライザ一方式であってもよい
。

第２図に更に他の実施例を示す。この実施例の特徴は、
ｌｌ化工程と気化工程を一緒にした点にある。霧化の方
式に前述した２流体ノズル２１０を用し・たものであり
、水滴発生に用いるガスに高温クリーンエア１２を用い
た点にある。つまり霧化気化器２５０で、２流体ノズル
２１０を用いて水２０を微粒化し水滴にすると同時に、
高温ガスと水滴が直接接触するため急激に加熱蒸発し、
瞬時に矢化させ、水滴中の不純物がガス中に析出し固体
粒子として浮遊する。２流体ノズル２１０へ供給される
高温エア１２は、外気１ｏがポンプ４１０をへてエアフ
ィルタ４００で気中の微粒子が除去されクリーンエア１
１となり、さらにエアヒータ４５０で加熱されクリーン
な高温エア１２となる。

サンプル水２０は、精製水製造ラインの配管１０００よ
りオンラインでサンプリングされ、ポンプ４２０により
２流体ノズル２１０へ送られ、霧化気化器２５０内で高
温エア１２により霧化されると同時に蒸発気化し、発生
した不純物の粒子はガス中に浮遊した状態で、レーザー
散乱式気中微粒子カウンター３１０で、固体粒子の粒径
と個数をオンラインで計測し、演算器３２０で水や不純
物（蒸発残留物）の全体積を計算し連続して出力する。

本発明の方式で、現状水質評価指標である粒状不純物も
測定できる。そのために第２図の送水ラインにフィルタ
サブシステム４３０を設置しである。これは適切な孔径
を有するメンブレンフィルターにより水中の微粒子を濾
過除去する機能を持つものであり、サブシステムを通し
て微粒子を除去した木の不純物量の測定値と、微粒子を
除去しない時の不純物量の測定値の差より、粒状不純物
量が求められる。具体的な測定は、一定時間サンプル水
２０が直接２流体ノズル２１０へ送り、気を後の固体粒
子を微粒子カウンタ：う１０で測定し全体積ｖ寡を演算
器３２０で計算し、３方バルブ４４０を切り換えて、サ
ンプル水２０をフィルタサブシステム４３０に通し、微
粒子を除去した後、２流体ノズル２１０１＼送り、同様
にして気化後の固体粒子を測定し、全体積ｖ２を計算し
、全蒸発残留物Ｘｒ、溶解性不純物Ｘ２−粒状不純物ｘ
８が下記のごとく求まる。

全蒸発残留物（全不純物）Ｘ１＝Ｖ１ 溶解性不純物Ｘｚ＝Ｖｚ 粒状不純物Ｘａ＝　（Ｖｔ　　Ｖ２） フィルタサブシステムに設置するメンブレンフィルター
の孔径は現状の微粒子測定が０．１　　μｍ以上である
ことから、０．１　μｍが用いられる。

第２図の実施例を用いて、通常の超純水（地下水を一次
処理した後、ポリラシャ−，紫外線殺菌。

限外濾過処理した水で、比抵抗１８ＭΩｎｕ、ＴＯＣ２
００ｐｐｂ）の粒状不純物Ｘａの全蒸発残留物Ｘ１に対
する比率を測定すると５〜１０％程度で少なく、溶解性
不純物Ｘ２が、いことを確認している。

第２図の実施例のシステムを用いてオンラインで測定し
た各種水の全蒸発残留物濃度Ｃに対する全体積Ｖの相関
を第３図に示す。

〔実験１〕 全蒸発残留物濃度３００ｐｐｍの地下水を、純水（全蒸
発残留物数ｒ’Ｐｂと推定）で希釈し、各濃度の水を８
０℃のクリーンエアを用い、水を２流体ノズルで霧化気
化した。そのあとレーザー散乱式気中微粒子カウンター
（粒！０．１　　μｍ以上計測可）を用いて、発生固体
粒子の内粒径０．１　　μｍ以上のものの粒径と個数を
カウントし、それから全体積ｖを求めた。その結果、濃
度１０ＰＰｂ以上では、濃度Ｃと全体積■には良好な相
関がとれ、微量の全蒸発残留物（１０ｐｐｂ以上）を全
体積１１で測定できることがわかった。

〔実験２〕 水中に含まれる電解質の代表として塩化ナトリウムを、
実験１で用いた同じ純水で希釈し７、各濃度の水を実験
１と同一条件で測定した結果、実験１と同様に全体積■
と濃度Ｃに良好な相関が得られた。

〔実＃３〕 水中に含まれる有機物の代表としてブドウ糖を実験ｌで
用いた純水で希釈し、名濃度の水を実験１と同一条件で
測定した結果、実験１と同様に全体積Ｖと濃度０に良好
な相関が得られた。

本実験では、希釈水として純水（全蒸発残留物濃度が○
でない）を用いたから、確認できる測定濃度限界はその
純水の颯度で決まるため、１０ｐρｂ以上であるがこれ
が本発明の測定限界でないことは明確であり、さらに高
純度の純水を用いれば、測定限界は下がると思われる。

なお第２図の実施例では、実験に用いた送水ポンプの最
少流量が０．５　　ｃｃ／ｌｌ１ｉｎであり、２流体ノ
ズルも最少流量３０　Ｑ　／ｍｉｎ　と大きく、かつ気
中微粒子カウンターのサンプル量が３００ｃｃ／ｍｉｎ
と少ないために、霧化気化器のエアの１部をカウンター
ヘサンプルしたシステムとなっている。

〔応用例〕

本発明は、要素機器の最適選定により、第４図のように
さらにシステムが改良できる。

つまり微量送水ポンプ２０’　と、微量２流体ノズル２
１０′と、大容量気中微粒子カウンター３１０′を用い
ることにより霧化気化器２５０のエアを全量カウンター
３１０’へ送ることができるため、■サンプル誤差の低
減と■さらには霧化気化器２５０とカウンター３１０′
を合体した霧化気化カウンター２８０となり、システム
の簡素化、小型化が可能になる。

第２図で、フィルタサブシステムを用いて粒状不純物を
測定する実施例を示したが、同じ発想により、第５図の
ようにしてもよい。

有機物、電解質、微生物の除去システムをサブシステム
として設置すれば、有機物、を解質、微生物量が測定で
きる。

つまり、送水ラノンにフィルタサブシステム４３０の他
に、有機物除去サブシステム４３１、電解質除去サブシ
ステム４３２、微生物除去サブシステム４３３を並列に
設置したものであり、バルブ４４１．．４４２，４４３
，４４４の切り換えにより、各サブシステムを通した時
と通さない時の全体積の差より、有機物量、電解質量、
微生物量を測定できる。

具体的な有機物除去手段どしては、活性炭の吸着処理も
あるが、不純物混入の立場から、オゾンや紫外線による
酸化処理が適している。電解質の除去手段には、イオン
交換樹脂やイオン交換膜を用いるイオン除去法があるが
、樹脂からの不純物の混入に注意する必要がある。微生
物除去手段にはフィルタ濾過や殺菌等があるが、今の所
有型なものは見あたらない。

本発明では、固体粒子の体積を求める手段として気中微
粒子カウンターで粒径と個数を測定し。

それから体積を計算している。

これは、水滴から発生する固体粒子の粒径と個数が不純
物濃度に比例するからである。ところで一定粒径の水滴
を発生させることにより、あるいは、はぼ二定と見なせ
るなら水１　ｍ　Ｑ当りに発生する水滴数が決まり、そ
の水滴から発生する固体粒子の数も水滴数と同じで一定
となる。従って、不純物濃度は、一定粒径の水滴から発
生する固体粒子の粒径に比例することになり、不純物濃
度が固体粒子の粒径で測定できる。この方法を第６図に
示する。一定粒径の水滴が発生できる霧化器１００’　
と気化器２００と気中微粒子粒径計測器、３１５のみか
・らなり演算器は不用となる。本システムに用いる一定
粒径の水滴が発生できる霧化器の方式は、完全なものは
現在はないが、粒径分布がかなり狭く均一な水滴が発生
できる方式として、超音波微粒化法と、高電場微粒化法
が有望であり、ト記２方式を用いても高い精度で不純物
を測定できる。この方法によると装置が簡単になるだけ
でなく、粒径のみの測定であるから、短時間計測が可能
になり計測のスピードアンプができる。

〔発明の効果コ 本発明によれば、水中の不純物を、クリーンガス中で水
滴のさせ、水を蒸発気化させて固体粒子として気中微粒
子カウンターで体積を求めることにより、微猷の不純物
をオンラインで計測できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す不純物測定装置の全
体構成図、第２図、第４図、第５図、第６図はそれぞれ
他の実施例を示す図、第３図は。 不純物濃度と全体積の関係を示す図である。 １００・・・霧化器、２００・・・気化器、３００・・
・粒子体積側定器、３１０・・・気中微粒子カウンター
。 ３２０・・・演算器、２１０・・・２流体ノズル、２５
０・・・霧化気化器、４５０・・・エアヒータ、４３０
・・・フィルタサブシステム、２８ｏ・・・霧化気化カ
ウンタ　Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液中の不純物量を測定する方法において、前記液の
   一部を気化し、該気化したガス中に浮遊する固体粒子の
   体積を計測することによって液中の不純物を測定する液
   中の不純物の測定方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記気化に先立っ
   て、前記液の一部を霧化することを特徴とする液中の不
   純物の測定方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記液の一部を霧
   化させると同時に気化することを特徴とする液中の不純
   物の測定方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記体積は、前記
   固体粒子の径と個数に基づいて計測することを特徴とす
   る液中の不純物の測定方法。 ５、液中の不純物量を測定する方法において、前記液の
   一部を分取するラインを備えた分取工程と、分取した液
   を気化する工程と、気化したガス中の筒体粒子の体積を
   計測する工程とからなる第１のラインを設け、更に不純
   物中の特定成分を除去する手段を備えて前記分取ライン
   に並設する第２のラインを設け、各ラインをそれぞれ通
   過した液中の固体粒子の体積を求め、両体積差から前記
   特定成分の量を求めることを特徴とする液中の不純物測
   定方法。 ６、液中の不純物量を測定する装置において、前記液の
   一部を分取する手段と、分取した液を気化する手段と、
   気化したガス中に浮遊する固体粒子の体積を計測する手
   段とを備え、前記分取、気化、体積計測を連続的又は、
   断続的に行うことにより液中の不純物をオンラインで測
   定し得るように構成したことを特徴とする液中の不純物
   の測定装置。