KR19980024535A - 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 - Google Patents

가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 측정 지점들을 스위칭하면서 이들 지점들로부터의 샘플을 포집하고 주변 공기에 존재하는 휘발 성분을 연속 감시함으로써 청정 환경의 오염 제어에 사용되는 가스 분석 장치 및 가스 분석 장치를 사용하는 가스 분석 방법에 관한 것이다. 분석 장치는 부품 수의 증가를 필요로 하지 않으며, 짧은 측정 주기에서 양호한 응답성을 가질 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치는 2개의 가스 샘플링 유니트를 갖는다. 각 용액 이송 펌프(3, 15)는 상이한 확산 스크러버에 대해 작동된다. 용액 이송 펌프(15)에 연결된 확산 스크러버는 측정 상태에 놓이고, 확산 스크러버에서 흡수 용액에 흡수된 분석 가스 성분은 농축 컬럼(14)에 의해 포착되고 이온 크로마토그래프(30)에 의해 분석된다. 이 주기 중 예비 운전이 용액 이송 펌프(3)에 연결된 다른 확산 스크러버와 평행하게 수행된다. 그러므로 메모리 효과에 의한 이전의 분석의 악영향이 방지되고, 응답성이 향상되며, 측정 주기가 단축된다.

Description

가스 분석 장치 및 가스 분석 방법
본 발명은 청정 환경 내의 복수의 지점을 절환하여 그로부터 샘플을 포집해서, 대기 중의 휘발성 성분을 연속 모니터링하여 청정 환경의 오염 제어를 행하는 가스 분석 장치 및 이 가스 분석 장치를 사용하는 가스 분석 방법에 관한 것이다.
최근, 샘플 가스 내의 수용성 가스 성분을 흡수 용액으로 흡수하는 확산 스크러버를 샘플 가스의 샘플링에 사용하는 가스 분석 장치가 개발되어, 예를 들어 1989년 1월, 분석 화학, 제61권, 제1호(Analytical Chemistry, VOL.61, NO.1)이나 일본 특허 공개 평8-54380호로 공지되어 있다. 이같은 가스 분석 장치를 사용하는 가스 분석 방법은 오랫동안 사용되고 있는 임핀저 샘플링에 의한 가스 내의 암모니아 또는 산성 가스를 분석하는 방법에 비해, 샘플링 시간이 1/5 내지 1/10로 충분하고, 현장에서 1시간 이내의 측정 주기에서의 자동 측정을 행할 수 있으므로, 제조 환경 내의 암모니아나 산성 가스의 농도를 엄밀하게 관리해야 하는 경우의 모니터링에 유효하다. 확산 스크러버에 기초한 샘플링 유니트와 이온 크로마토그래프를 조합시킨 일본 특허 공개 평8-54380호 공보의 가스 분석 장치를 도8에 도시한다. 도8의 가스 분석 장치에서, 확산 스크러버 본체(10)는 가스 투과막 튜브의 내부 튜브(4)와, 내부에 상기 내부 튜브가 삽입된 외부 튜브(5)으로 이루어진다. 흡수 용액은 유입구(6)로부터 상기 확산 스크러버로 유입되어 유출구(7)로부터 유출된다. 외부 튜브와 내부 튜브의 간극에 흡수 용액을 연속적으로 통과시키면서 샘플링 펌프에 의해 샘플 가스를 흡인하여 내부 튜브 내부에 상기 가스를 연속적으로 통과시키면, 상기 가스 내의 분석 가스 성분은 확산 스크러버 내에서 흡수 용액에 흡수된다. 분석 가스 성분들을 흡수한 흡수 용액을 농축 컬럼(14)에 통과시킴으로써 상기 분석 가스 성분을 농축 컬럼에 포착하여 농축한다. 가스 분석 장치를 사용하는 분석 단계들은 이하의 단계들을 그 순서대로 포함한다.
(1) 샘플 가스 내의 분석 가스 성분을 흡수 용액 내의 분석 가스 성분과 평행 상태가 되게 하는 예비 단계와,
(2) 상기 예비 단계(1) 후, 농축 컬럼에 잔류하는 추출 용액 성분을 순수한 물로 씻어내는 세척 단계와,
(3) 상기 세척 단계(2) 후, 분석 가스 성분을 흡수한 흡수 용액을 확산 스크러버로부터 농축 컬럼에 도입하여 분석 가스 성분을 농축하는 샘플링 단계와,
(4) 상기 샘플링 단계(3) 후, 농축 컬럼에 포착된 분석 가스 성분을 추출하여 이를 이온 크로마토그래피에 의해 분리 분석하는 분석 단계.
사용하는 확산 스크러버의 특성, 특히 가스 투과막 튜브의 특성에도 기인하지만, 확산 스크러버의 메모리 효과에 의해, 샘플 가스 내의 분석 가스 성분의 농도가 급격하게 변화하면, 농도 변화 직후의 분석 결과는 부정확해진다. 일본 특허 공개 평8-54380호에 개시된 분석 장치에서는 샘플링 단계(3)에 앞서 예비 공정(1)을 수행함으로써, 메모리 효과(이전의 분석의 악영향)를 최소화하고 있다.
그러나, 가스의 샘플링 지점(측정 지점)을 절환에 의한 가스의 특정 성분의 분석시, 절환에 의한 특정 성분의 농도 변화가 발생한다. 그러므로 예비 운전 시간을 충분히 길게 하든지, 연속된 수회의 측정 중 최종회의 측정치를 실제의 농도로 하는 방법을 취하는 것이 필요해진다. 따라서, 측정이 복수회 연속으로 이루어질 때 한 샘플링 지점을 측정하는 경우에는 딘지 20분만이 필요하지만, 측정이 샘플링 지점들을 절환해서 이루어지는 경우에는 한 샘플링 지점의 측정에 필요로 하는 시간이 1시간 정도 필요하게 된다. 일본 특허 공개 평8-54380호에 있어서는 복수 샘플링 지점을 절환하는 가스 분석에 사용되는 가스 분석 장치로서, 이온 크로마토그래프 이외를 2계통 설치한 것이 또한 개시되어 있다. 그러나 이 가스 분석 장치는 부품의 갯수가 많아지고, 장치의 대형화 및 제조 비용의 증대를 피할 수 없다.
본 발명의 목적은 복수의 지점을 절환하면서 그로부터 샘플을 포집해서, 대기 중의 휘발성 성분을 연속 모니터링하여 청정 환경의 오염 제어에 사용되고, 분석 장치의 부품의 갯수의 증대를 억제하고, 동시에 짧은 측정 주기로 양호한 응답성을 얻을 수 있는 가스 분석 장치와, 이 가스 분석 장치를 사용하는 가스 분석 방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명의 가스 분석 장치의 일 실시예의 전체 구성을 도시한 개략도.
도2는 도1의 가스 분석 장치에 의한 분석 단계의 동작 순서도.
도3은 도2의 동작 순서를 수행할 때 사용되는 측정 조건 설정의 흐름을 도시한 흐름도.
도4는 도1의 가스 분석 장치의 제어 유니트의 (측정 측정 조건 설정에 사용되는) 화면의 개략도(제어 유니트는 도1에 도시되어 있지 않다).
도5는 본 발명의 가스 분석 장치의 다른 실시예의 전체 구성을 도시한 개략도.
도6은 도5의 가스 분석 장치에 의한 분석 단계의 동작 순서도.
도7은 도6의 동작 순서를 수행할 때 사용되는 측정 조건 설정의 흐름을 도시한 흐름도.
도8은 종래의 가스 분석 장치의 전체 구성을 도시한 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 유로 절환 밸브
3 : 이송 펌프
11 : 유로 절환 밸브
15 : 이송 펌프
4 : 내부 튜브
5 : 외부 튜브
6 : 유입구
7 : 유출구
10 : 확산 스크러버 본체
12 : 샘플링 펌프
20 : 확산 스크러버 본체
22 : 샘플링 펌프
13, 13a, 13b : 흡기구
14 : 농축 컬럼
23, 23a, 23b : 흡기구
30 : 이온 크로마토그래프
33 : 분리 컬럼
35 : 도전률 검출기
36 : 저장 용기
41 : 저장 용기
51 : 유로 절환 밸브
52 : 유로 절환 밸브
본 발명의 위 목적은 가스 분석 장치의 운전 효율을 높이고, 가스 분석 장치의 측정 주기를 단축시키는 다양한 수단의 사용에 의해 이루어진다.
본 발명에 의하면 제조 장소의 청정 환경(예를 들어 클린 룸)에 존재하는 가스 오염물의 농축이 신속하게 그리고 자동으로 제어될 수 있다. 그러므로 본 발명은 반도체 제조 공정 환경의 청정 제어에 적합하며 장치의 신뢰성과 산출의 증가를 가능하게 한다.
본 발명은 흡수 용액으로의 흡수에 의해 샘플 가스에 포함된 분석 가스 성분의 분석을 위해 사용되는 가스 분석 장치를 제공한다. 가스 분석 장치는 각각 튜브형 확산 스크러버와 샘플링 펌프를 포함하는 2개의 가스 샘플링 유니트와, 흡수 용액을 한 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버 내로 공급하는 용액 이송 펌프와, 흡수 용액을 다른 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버 내로 공급하고 확산 스크러버를 떠나는 용액을 용액에 용해된 분석 가스 성분을 농축시킬 수 있는 흡착제로 채워진 농축 컬럼 내로 도입하는 용액 이송 펌프와, 전자의 용액 이송 펌프와 연결되는 가스 샘플링 유니트와 후자의 용액 이송 펌프에 연결되는 가스 샘플링 유니트를 서로 절환하는 유로 절환 밸브 또는 장치와, 농축 컬럼에 의해 포착된 분석 가스 성분을 검출하는 검출 유니트와, 확산 스크러버를 떠나는 용액을 분석 가스 성분을 포착하고 농축하는 농축 컬럼 내로 도입하는 유로와, 농축 컬럼에 의해 포착되고 농축된 분석 가스 성분을 검출 유니트 내로 도입하는 유로를 서로 절환시키는 유로 절환 밸브 또는 장치를 포함하고, 각 확산 스크러버는 외부 튜브와 외부 튜브의 내부에 제공되고 분석 가스 성분을 포함하는 샘플 가스의 단지 일부분만을 통과시킬 수 있는 가스 투과성 막으로 구성되는 내부 튜브를 포함하고, 외부 튜브 및 내부 튜브는 그 2개 단부에서 한쌍의 조인트들에 의해 고정되고, 확산 스크러버는 또한 내부 튜브와 연통하는 포트와 외부 튜브 및 내부 튜브 사이의 틈과 연통하는 포트를 각 단부에 포함하고, 내부 튜브의 내측 및 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 틈 중 어느 하나가 흡수 용액의 통로로 사용되고, 다른 하나가 샘플 가스의 통로로 사용되며, 각 샘플링 펌프는 확산 스크러버의 샘플 가스용 통로에 연결되고 샘플 가스를 확산 스크러버 내로 가져오는 데 사용된다.
가스 분석 장치에는 가스 샘플링 지점들을 절환하는 유로 절환 밸브가 각 가스 샘플링 유니트의 가스 유입구의 상류에 제공된다.
가스 분석 장치에서 가스 투과성 막 튜브는 바람직하게는 40 내지 80%의 기공률과, 0.1 내지 0.5 mm의 막 두께와, 0.2 kgf/cm2이상의 침수 압력을 갖는다.
본 발명은 또한 전술한 가스 분석 장치를 사용하고 이하의 단계 a 내지 c를 그 순서대로 포함하는 가스 분석 방법을 제공한다.
샘플 가스내의 분석 가스 성분이 흡수 용액 내의 분석 가스 성분과 평형 상태에 도달하게 하도록, 한 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을, 그리고 동시에 분석 가스 성분을 포함하는 샘플 가스를 샘플링 유니트들 중 하나에 공급하는 단계 a와,
다른 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버로부터 농축 컬럼 내로 도입하는 단계 b와,
단계 b 후에 농축 컬럼에 의해 포착된 분석 가스 성분을 추출하고 검출 유니트에 의해 이를 분석하는 단계 c.
상기 방법에서 단계 b 및 단계 c가 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 수행되는 동안, 단계 a가 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 가스 샘플에 대해 수행된다.
본 발명은 또한 전술한 가스 분석 방법을 수행하고, 단계 a 내지 c에 필요한 최소 필요 시간으로서 입력된 값과 원하는 측정 주기로서 입력된 값에 기초하여 단계 a 내지 c의 시간을 계산할 수 있는 제어 유니트를 갖는 가스 분석 장치를 제공한다.
전술한 가스 분석 방법에서, 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 c가 완료되자 마자 단계 b가 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 시작되는 것이 바람직하다.
또한 전술한 가스 분석 방법에서, 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 b가 완료되자 마자 다음 사이클을 위한 단계 a가 그 가스 샘플링 유니트내에서 시작되고 이 단계 a는 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 c가 완료되자 마자 완료되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예가 첨부 도면중 일부분을 참조하여 설명된다. 도1은 본 발명의 가스 분석 장치의 제1 실시예의 전체 구성을 개략적으로 도시하고, 도2는 도1의 가스 분석 장치의 사용시 수행되는 분석 단계들의 동작 순서를 도시하고, 도3은 도2의 동작 순서의 수행시 사용되는 측정 조건 설정 과정을 도시한 흐름도이고, 도4는 도1의 가스 분석 장치의 (도1에 도시되지 않은) 제어 유니트의 (측정 조건 설정에 사용되는) 화면의 개략도이다.
도1에 있어서, 확산 스크러버 본체(20)의 A 및 B는 각각 유로 절환 밸브(2)의 A 및 B에 접속되어 있다. 도2에 있어서, ①-1, ①-2는 각각 흡기구(13)로부터 포집된 가스의 1회째 및 2회째의 측정이다. ②-1, ②-2는 각각 흡기구(23)로부터 포집된 가스의 1회째 및 2회째의 측정이다. 각 측정에 있어서, a, b, c는 각각 예비 운전, 샘플링, 분리 분석의 각 단계를 나타낸다. 도2에서, 모든 예비 운전 시간이 동일하나, ②-1에 한해서는 예비 운전 시간을 길게 해도 괜찮다. 예를 들어, ①-1 및 ②-1의 단계 a가 동시에 개시되어도 된다.
도2에 있어서의 유로 절환 밸브(2, 11)의「실선」과「파선」은 도1에 있어서의 각 밸브의 절환 상태에 대응한다. 용액 이송 펌프(15)에 의해 이송되는 흡수 용액은 유로 절환 밸브(2)가 실선 상태에 설정되어 있을 때에는 확산 스크러버 본체(10)를 통과 유동하고, 유로 절환 밸브(2)가 파선 상태에 설정되어 있을 때에는 확산 스크러버 본체(20)를 통과 유동한다. 용액 이송 펌프(3)에 의해 이송되는 흡수 용액은 용액 이송 펌프(15)에 의해 이송되는 흡수 용액이 유통하는 확산 스크러버와는 별도의 다른 한 쪽의 확산 스크러버를 관통 유동한다. 유로 절환 밸브(11)가 파선 상태에 있을 때는 확산 스크러버로부터의 용액이 농축 컬럼(14)에 도입되어 용액 내의 분석 대상 가스가 컬럼(14)에 의해 포착된다. 유로 절환 밸브(11)가 실선 상태에 있을 때는 예비 운전 및 분리/분석이 행해진다. 즉, 한 쪽 유로에서는 농축 컬럼(14)에 포착된 분석 대상 가스 성분이 저장조(36)로부터 보내진 추출액에 의해 추출되어 분리 컬럼(33)으로 이송된다. 이 때, 다른 쪽 유로는 예비 운전에 사용된다. 첫회 측정의 예비 운전 개시 이후, 확산 스크러버 본체(10, 20) 모두에는 항상 흡수 용액과 샘플 가스가 유통하고, 샘플링에 설정되어 있지 않은 확산 스크러버는 항상 예비 운전에 사용된다.
도1에 있어서, 확산 스크러버 본체(10, 20)의 각 흡기구는 본체 아래에 제공되나, 흡기구와 확산 스크러버 본체의 위치는 도1에 도시된 것으로 한정되지 않는다. 확산 스크러버 내의 흡수 용액 유로를 항상 흡수 용액으로 채워두기 위해, 확산 스크러버 본체를 흡기구가 본체 위가 되도록 해서 연직으로 설치하는 것이 바람직하다.
각 확산 스크러버 본체(10, 20)를 구성하는 가스 투과성 막 튜브는 기공률이 40% 이상 80% 이하이고, 또한 막 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하이며, 그 위에 침수 압력(막을 사이에 두고 한 쪽에 물, 다른 쪽에 가스를 두고, 물에 압력을 가한 경우에 가스 측으로 물이 스며나오지 않는 한계 압력)이 0.2 kgf/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 그리고, 막두께가 얇은 편이 메모리 효과가 작고, 또한 기공률이 큰 편이 포집 효율이 높아지므로, 막두께가 0.1 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 이하이며, 기공률이 50% 이상 80% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
각 분석 단계의 시간표가 도2에 도시되어 있다. 각 분석 단계의 시간 설정은 이에 한정된 것이 아니며, 하나의 샘플링 지점에서의 샘플링 및 분리/분석과, 다른 샘플링 지점에서의 샘플링 및 분리/분석이 동시에 일어나지 않으면 된다. 시간표가 (측정 주기) = 2＊(샘플링 시간 + 분리/분석 시간)이 되도록 설정하면, 상기 조건을 충족시키고, 또한 이온 크로마토그래프를 가장 효율좋게 가동시킬 수 있다. 연속 자동 운전을 행하기 위해 또한 시간표가 (예비 운전 시간) ≥ (샘플링 시간 + 분리/분석 시간)이 되게 하고, 예비 운전의 개시를 동일한 확산 스크러버에서의 이전 측정의 분리 분석 개시 이후가 되게 허용하도록 설정하는 것이 필요하다. 도1의 분석 장치의 사용시 각 분석 단계의 시간표는 도3의 흐름도를 따라서 설정된다. 측정 주기의 최소 허용치(Pmin) 이외의 최소 허용치는 사전 입력에 의해 (도시되지 않은) 측정 조건 설정 화면에 표시된다. 측정자는 샘플링 지점의 분석 가스 성분의 농도와 샘플링의 최소 허용치(T2min)를 고려하여, 도4의 T2 공간으로 샘플링 시간(T2)을 입력한다. T2min보다 큰 T2값이 입력된 경우에는 T2의 값과 T3min의 값으로부터 산출되는 측정 주기 최소 허용치(Pmin)가 측정 조건 설정 화면의 Pmin 표시 공간에 표시된다. Pmin을 고려하여 측정자가 측정 주기(P)를 입력하면, 예비 운전 시간(T1), 분리 분석 시간(T3), 지연 시간(D)이 산출된다. 지연 시간(D)은 한 쪽 가스 샘플링 유니트를 사용한 분석과 다른 쪽 가스 샘플링 유니트를 사용한 분석의 시간차; 예를 들어 도2에 있어서의 ①-2 및 ②-2의 단계 a의 개시 시각의 차이다. T3, T1이 최소 허용치 이하인 경우에는 P의 재입력이 요구된다. 이와 같이 해서 산출된 조건을 기초로 가스 분석의 운전을 행하면, 예를 들어 도2와 같이 운전 개시 30분 이후, 이온 크로마토그래프는 기계적으로 샘플링과 분리/분석을 반복하게 되어 효율적인 측정을 행할 수 있다.
예 1
다음에, 본 발명의 예 1에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도1의 가스 분석 장치에 있어서, 분리 컬럼(33)(다이오넥스사(Dionex Corporation) 제조, Ion Pac CS 12)과, 농축 컬럼(14)(다이오넥스사 제조, Ion Pac CG 12)과, 도전성 검출기(35)와, 분리 컬럼(33)과 도전률 검출기(35) 사이에 접속된 (도시되지 않은) 억제기(다이오넥스사 제조, CSRS-I)를 포함하는 이온 크로마토그래프(30)(다이오넥스사 제조, DX100)를 분석 장치의 검출 유니트로 사용하는 가스 내의 암모니아 분석의 경우가 설명된다. 저장 용기(41)에 흡수 용액으로서 극히 순수한 물을, 저장 용기(36)에 추출액으로서 20mM 메틸술폰산 용액을 넣는다. 각 확산 스크러버 본체(10, 20)는 막두께 0.3 ㎜, 내경 2 ㎜의 불소 수지제 가스 투과막 튜브(스미또모 전기 공업 제조, Poreflon tube)의 내부 튜브와, 불소 수지제 튜브(내경 10㎜, 외경 12 ㎜)의 외부 튜브로 구성된 것을 사용했다. 용액 이송 펌프(15)로는 농축 컬럼(14)에 흡수 용액을 용이하게 도입할 수 있는 토출 압력을 갖는 펌프를 사용한다. 상기 농축 컬럼(다이오넥스사 제조, Ion Pac CG 12)의 경우라면 토출 압력은 30 kgf/㎠ 이상이 필요하며, 50 kgf/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 용액 이송 펌프(3)는 토출 압력이 수 kgf/㎠인 것이 양호하고, 펌프(15)에 비해 저렴한 것을 사용할 수 있다. 용액 이송 펌프(36)의 유량은 1.0 ml/min, 용액 이송 펌프(3, 15)의 유량은 2.0 ml/min으로 설정했다. 확산 스크러버의 포집 성능을 고려하여, 샘플링 펌프(12, 22)의 유량은 0.5 l/min으로 설정했다. 상기 조건에서 이온 크로마토그래프(30)를 동작시킨 경우, 암모니아는 대략 4.5분에서 추출되지만, 알칼리토류 금속 성분을 완전하게 추출시키기 위해서는 분리 분석에 약 9분이 필요하다. 그러므로 분리 분석 최소 허용치(T3min)는 10분으로 했다. 예비 운전 시간의 최소 허용치(T1min)는 확산 스크러버에서의 메모리 효과를 고려하여 20분으로 설정했다. 상기 이온 크로마토그래프는 절대량으로서 0.1 ng 정도 있으면 암모니아를 충분히 정량할 수 있으므로, 도2의 분석 단계의 동작 순서도에서는 샘플링 시간(T2)을 10분으로 설정했다. 도3의 흐름도를 따라서 T2를 입력하면, 측정 주기 최소 허용치(Pmin)는 40분으로 산출 표시되었다. 다음에, Pmin의 값을 분석 주기(P)에 입력한 결과, 도2에 도시한 바와 같이 예비 운전 시간이 30분, 분리 분석 시간이 10분, 지연 시간(D)이 20분이 되었다. 이 설정에 의해 측정을 행하면, 측정 개시로부터 50분 후 및 70분 후에 2개 샘플링 지점의 첫회 분석 데이타가 얻어지고, 그 후 40분마다 분석 데이타를 얻을 수 있었다.
예 2
다음에, 본 발명의 예 2에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 상기 예 1에 서는 2개 샘플링 지점을 절환하면서 이 지점들의 측정을 수행할 수 있는 가스 분석 장치에 대해서 설명하였다. 본 실시예에 있어서는 더욱 다수의 점, 예를 들어 4개의 샘플링 지점을 이들을 절환하면서 측정을 수행할 수 있는 가스 분석 장치에 대해서 기술한다. 도5는 본 발명의 가스 분석 장치의 제2 실시예의 전체 구성도, 도6은 도5의 가스 분석 장치의 사용시 채용되는 분석 단계들의 동작 순서도, 도7은 도6의 작동 순서를 수행하는 데 사용되는 측정 조건 설정 과정을 도시한 흐름도이다.
도5에 있어서, 확산 스크러버 본체(20)의 A 및 B는 각각 유로 절환 밸브(2)의 A 및 B에 접속된다. 도6에 있어서, ①-1은 흡기구(13a)로부터, ②-1은 흡기구(23a)로부터, ③-1은 흡기구(13b)로부터, ④-1은 흡기구(23b)로부터 각각 포집된 가스의 1회째의 측정을 나타낸다. 또,-2는 2회째의 측정을 의미하고, ①-2는 흡기구(13a)로부터 포집된 가스의 2회째의 측정을 나타낸다. 각 측정에 있어서, a, b, c는 각각 예비 운전, 샘플링, 분리 분석의 각 단계를 나타낸다.
도6에 있어서의 유로 절환 밸브(2, 11, 51, 52)의「실선」및「파선」은 도5에 있어서의 각 밸브의 절환 상태에 대응한다. 용액 이송 펌프(15)에 의해 이송되는 흡수 용액은 유로 절환 밸브(2)가 실선 상태에 설정되어 있을 때에는 확산 스크러버(10)를 통과 유동하고, 유로 절환 밸브(2)가 파선 상태에 설정되어 있을 때에는 확산 스크러버(20)를 통과 유동한다. 용액 이송 펌프(3)에 의해 이송되는 흡수 용액은 용액 이송 펌프(15)에 의해 이송되는 흡수 용액이 통과 유동하는 확산 스크러버와는 별도의 다른 한 쪽의 확산 스크러버를 통과 유동한다.
유로 절환 밸브(11)가 파선 상태에 있을 때는 확산 스크러버로부터의 용액은 농축 컬럼(14)에 도입되어 용액중의 분석 대상 가스 성분이 컬럼(14)에 의해 포착된다. 유로 절환 밸브(11)가 실선 상태에 있을 때는 예비 운전 및 분리/분석이 행해진다. 즉, 한 쪽 유로에서는 농축 컬럼(14)에 포착된 분석 대상 가스 성분이 저장조(36)로부터 보내진 추출액에 의해 추출리되어 분리 컬럼(33)으로 이송된다. 이 때, 다른 쪽 유로는 예비 운전에 사용된다. 각 확산 스크러버 본체(10, 20)에는 각각의 첫회 측정(①-1과 ②-1)의 예비 운전 개시 이후, 항상 흡수 용액과 한 샘플링 지점으로부터 취해진 샘플 가스가 통과 유동하며, 샘플링에 사용되지 않은 확산 스크러버는 항상 예비 운전에 사용된다.
각 분석 단계의 시간표가 도6에 도시되어 있다. 각 분석 단계의 시간표는 이에 한정된 것이 아니며, 하나의 샘플링 지점에서의 샘플링 및 분리 분석과, 다른 샘플링 지점에서의 샘플링 및 분리 분석이 동시에 일어나지 않고, 각 확산 스크러버에 대해 힌 지점으로부터 다른 지점으로의 변경이 한 지점에서의 샘플링이 완료될 때 까지 일어나지 않는 한 어느 값이나 될 수 있다. 연속 자동 운전을 행하기위해 또한 분석 공정의 시간표를 (예비 운전 시간) ≥ (샘플링 시간 + 분리 분석 시간)이 되도록 설정하는 것이 필요하다. 구체적으로는 도6에 도시된 바와 같이, ③-1의 예비 운전 개시가 ①-1의 분리 분석 개시 이후로, ②-1의 샘플링 완료가 ①-1의 분리 분석 완료 이후로 되도록 (이하 동일), 각 분석 단계의 절환을 수행해야 한다. 도6에 도시된 바와 같이 시간표를 설정하면, 측정 개시 30분 이후, 이온 크로마토그래프는 기계적으로 샘플링과 분리 분석을 반복하게 되어 효율적인 측정을 행할 수 있다. 또한, 상기 조건을 충족시키는 한, 예비 운전 시간은 연장 및 단축이 가능하다.
본예의 실시에 있어서는 4개 샘플림 지점의 절환에 의해 그 지점들의 측정이 가능한 가스 분석 장치에 대해서 기술하였다. 더 많는 샘플링 지점의 측정을 그 지점들을 절환함에 의해 가능한 가스 분석 장치가, 유료 절환 밸브(51 및 52) 대신에 3개 이상의 샘플링 지점의 절환 기능을 각각 갖는 유로 절환 밸브들을 사용하고, 분석 단계들의 전술한 측정 조건들을 만족하는 동작 순서도를 설정함에 의해 용이하게 제작될 수 있다.
예 3
다음에, 본 발명의 예 3에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도5를 참조하여, 이온 크로마토그래프, 확산 스크러버, 용액 이송 펌프, 샘플링 펌프에 대해서는 상기 예 1에서 기술한 것과 동일한 것을 동일한 조건에서 사용한 경우에 대해서 설명한다. 분리 분석 시간의 최소 허용치(T3min)는 10분, 예비 운전 시간의 최소 허용치(T1min)는 20분으로 설정했다. 또, 도5의 분석 단계의 동작 순서도에 있어서의 샘플링 시간(T2)을 10분으로 설정했다. 도7의 흐름도를 따라서 T2를 입력하면, 측정 주기 최소 허용치(Pmin)는 80분으로 산출되었다. 이 값(Pmin)을 측정 주기(P2)로 설정한 결과, 예비 운전 시간(T1)이 30분, 분리 분석 시간(T3)이 10분, 지연 시간(D)이 20분이 되었다. 이 설정에 의해 측정을 행하면, 개의 샘플링 지점 ①, ②, ③, ④에 대해서는 각각 측정 개시로부터 50분, 70분, 90분, 110분 후에 첫회 분석 데이타가 얻어지고, 그 후 80분마다 각 샘플링 지점에서의 분석 데이타를 얻을 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 클린룸 등의 청정한 제조 환경 내의 가스 오염 물질의 농도 관리를 신속하고 또한 자동적으로 행할 수 있다. 따라서, 반도체 제조 프로세스의 환경의 청정도 관리에 매우 적합하며, 청정도 관리에 적용함으로써 소자의 신뢰성, 생산 수율의 향상을 꾀할 수 있다.

Claims (7)

  1. 흡수 용액으로의 흡수에 의해 샘플 가스에 포함된 분석 가스 성분의 분석을 위해 사용되는 가스 분석 장치에 있어서,
    각각 튜브형 확산 스크러버와 샘플링 펌프를 포함하는 2개의 가스 샘플링 유니트와,
    흡수 용액을 한 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버 내로 공급하는 용액 이송 펌프와,
    흡수 용액을 다른 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버 내로 공급하고, 확산 스크러버를 떠나는 용액을 용액에 용해된 분석 가스 성분을 농축시킬 수 있는 흡착제로 채워진 농축 컬럼 내로 도입하는 용액 이송 펌프와,
    전자의 용액 이송 펌프와 연결되는 가스 샘플링 유니트와 후자의 용액 이송 펌프에 연결되는 가스 샘플링 유니트를 서로 절환하는 유로 절환 밸브 또는 장치와,
    농축 컬럼에 의해 포착된 분석 가스 성분을 검출하는 검출 유니트와,
    확산 스크러버를 떠나는 용액을 분석 가스 성분을 포착하고 농축하는 농축 컬럼 내로 도입하는 유로와, 농축 컬럼에 의해 포착되고 농축된 분석 가스 성분을 검출 유니트 내로 도입하는 유로를 서로 절환시키는 유로 절환 밸브 또는 장치를 포함하고,
    각 확산 스크러버는 외부 튜브와 외부 튜브의 내부에 제공되고 분석 가스 성분을 포함하는 샘플 가스의 단지 일부분만을 통과시킬 수 있는 가스 투과성 막으로 구성되는 내부 튜브를 포함하고, 외부 튜브 및 내부 튜브는 그 2개 단부에서 한쌍의 조인트들에 의해 고정되고, 확산 스크러버는 또한 내부 튜브와 연통하는 포트와 외부 튜브 및 내부 튜브 사이의 틈과 연통하는 포트를 각 단부에 포함하고, 내부 튜브의 내측 및 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 틈 중 어느 하나가 흡수 용액의 통로로 사용되고, 다른 하나가 샘플 가스의 통로로 사용되며, 각 샘플링 펌프는 확산 스크러버의 샘플 가스용 통로에 연결되고 샘플 가스를 확산 스크러버 내로 가져오는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스 샘플링 지점들을 절환하는 유로 절환 밸브가 각 가스 샘플링 유니트의 가스 유입구의 상류에 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 가스 투과성 막 튜브는 40 내지 80%의 기공률과, 0.1 내지 0.5 mm의 막 두께와, 0.2 kgf/cm2이상의 침수 압력을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  4. 제1항에 있어서, 이하의 단계 a 내지 c를 그 순서대로 포함하는 가스 분석 방법을 수행하고, 단계 a 내지 c에 필요한 최소 필요 시간으로서 입력된 값과 원하는 측정 주기로서 입력된 값에 기초하여 단계 a 내지 c의 시간을 자동으로 계산할 수 있는 제어 유니트를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
    분석 가스 성분이 흡수 용액과 샘플 가스 사이의 평형 상태에 도달하게 하도록, 한 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을, 그리고 동시에 분석 가스 성분을 포함하는 샘플 가스를 샘플링 유니트들 중 하나에 공급하는 단계 a와,
    다른 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버로부터 농축 컬럼 내로 도입하는 단계 b와,
    단계 b 후에 농축 컬럼에 의해 포착된 분석 가스 성분을 추출하고 검출 유니트에 의해 이를 분석하는 단계 c.
    상기 방법에서 단계 b 및 단계 c가 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 수행되는 동안, 단계 a가 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 가스 샘플에 대해 수행되고, 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 b가 수행되자 마자, 다음 사이클을 위한 단계 a가 가스 샘플링 유니트 내에서 시작되고, 이 단계 a는 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 c가 완료되자 마자 완료된다.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 가스 분석 장치를 사용하고 이하의 단계 a 내지 c를 그 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
    샘플 가스내의 분석 가스 성분이 흡수 용액 내의 분석 가스 성분과 평형 상태에 도달하게 하도록, 한 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을, 그리고 동시에 분석 가스 성분을 포함하는 샘플 가스를 샘플링 유니트들 중 하나에 공급하는 단계 a와,
    다른 용액 이송 펌프의 사용에 의해 흡수 용액을 가스 샘플링 유니트의 확산 스크러버로부터 농축 컬럼 내로 도입하는 단계 b와,
    단계 b 후에 농축 컬럼에 의해 포착된 분석 가스 성분을 추출하고 검출 유니트에 의해 이를 분석하는 단계 c.
    상기 방법에서 단계 b 및 단계 c가 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 수행되는 동안, 단계 a가 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 가스 샘플에 대해 수행된다.
  6. 제5항에 있어서, 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 c가 완료되자 마자 단계 b가 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 시작되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
  7. 제5항에 있어서, 한 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 b가 완료되자 마자 다음 사이클을 위한 단계 a가 그 가스 샘플링 유니트내에서 시작되고, 이 단계 a는 다른 가스 샘플링 유니트 내로 취해진 샘플 가스에 대해 단계 c가 완료되자 마자 완료되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 방법.
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