KR20240065245A - 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
시료 초순수를 농축하여 분석 수단으로 분석하는 순수 중의 이온 성분의 분석 방법에 있어서, 시료 초순수를 전기 투석 장치에 의해 농축하는 것을 특징으로 하는 순수 중의 이온 성분의 분석 방법. 전기 투석 장치는 제 2 전기 투석 장치 (20) 이고, 제 1 생성실 (27) 에 시료 초순수를 통수시키고, 제 2 생성실 (28) 에 고순도 질산 수용액을 통수시키고, 제 2 생성실 (28) 로부터 분석용 농축수를 취출한다. 제 2 생성실 (28) 에 통수시키는 고순도 질산 수용액은, 제 1 전기 투석 장치 (10) 로 질산칼륨 수용액을 투석 처리하여 생성시킨 것이다.
Description
본 발명은, 초순수 중의 이온 성분을 분석하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
초순수 중의 미량 용존 이온의 분석에는 증발 농축법이 사용되는 경우가 많다. 예를 들어, 금속 양이온은, 석영제 로터리 이배퍼레이터로 초순수를 농축하고, 전기 가열식 원자 흡광 광도계나, 유도 결합 플라즈마 질량 분석계에 의해 검출된다 (JIS K0553). 그러나, 이 방법은, 번잡한 조작을 사람의 손에 의해 실시하는 것에 의한 오염이나, 증발시에 용매의 기화와 함께 금속 양이온이 함께 비산되는 등의 리스크가 있다.
특허문헌 1 에는, 시료 초순수를 클린 에어 중에 분무하고, 발생한 액적을 클린 핫 에어로 증발시키고, 증발 잔류물로 이루어지는 건조 입자를 멤브레인 필터로 포집하여, 분광 분석하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2 에는, 초순수를, 이온 교환기를 가진 다공질막에 통수시키고, 다공질막에 포착된 불순물을 표면 분석 장치로 분석하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 3 의 실시예에는, 초순수를 이온 흡착막에 통수시켜 초순수 중의 금속을 흡착시킨 후, 질산으로 용리하고, 용리액에 대해 ICP-MS 측정하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 4 에는, 초순수를 농축 칼럼에 통수시켜 농축하는 프로세스를 가진 초순수 중의 극미량 이온 분석 방법이 기재되어 있다.
그러나, 이들 특허문헌 1 ∼ 4 에 기재된 방법도, 수고가 들거나, 장시간을 필요로 하거나 하는 등의 단점이 있다.
본 발명은, 종래의 약액이나 조작 유래의 오염에 의한 블랭크 상승 및 장시간을 필요로 하는 분석에 의한 수질 진단의 지연 등의 문제점을 클리어하여, 오염 없이 블랭크 저감화를 실현하며, 고감도이고 또한 온 타임으로 농축, 분석할 수 있는 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법은, 시료 초순수를 농축하여 분석 수단으로 분석하는 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법에 있어서, 시료 초순수를 전기 투석 장치에 의해 농축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 초순수 중의 이온 성분의 분석 장치는, 시료 초순수를 농축하는 전기 투석 장치와, 그 전기 투석 장치로 농축된 농축수 중의 이온 농도를 측정하는 분석 수단을 갖는다.
본 발명의 일 양태에서는, 상기 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 제 1 아니온 교환막, 투석막 및 제 2 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 제 1 생성실, 제 2 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 제 2 전기 투석 장치이고, 제 1 생성실에 시료 초순수를 통수시키고, 양극실 및 음극실에 질산 수용액을 통수시키고, 투석 처리에 의해 NO3 - 이온을, 아니온 교환막을 투과시켜 초순수 중으로 이동시킴으로써 생성시킨 고순도 질산 수용액을 제 2 생성실에 통수시키고, 그 제 2 생성실로부터의 농축수를 상기 분석 수단으로 분석한다.
본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 2 전기 투석 장치의 제 2 생성실에 통수시키는 고순도 질산 수용액은, 질산염 수용액을 제 1 전기 투석 장치로 투석 처리함으로써 생성시킨 것이다.
본 발명의 일 양태에서는, 상기 제 1 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 바이폴라 교환막 및 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 질산 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 전기 투석 장치이고, 양극실 및 질산 생성실에 초순수를 통수시키고, 음극실에 질산염 수용액을 통수시키고, 질산 생성실로부터 상기 고순도 질산 수용액을 취출한다.
본 발명의 일 양태에서는, 상기 질산염은, 질산칼륨, 질산나트륨, 또는 질산리튬이다.
본 발명에서는, 시료 초순수 중의 용존 이온을 전기 투석 장치로 연속적으로 농축하여 측정기에 직접 도입한다. 시료 초순수로부터 얻어지는 농축액을 클로즈드한 플로계로 핸들링함으로써, 측정 환경으로부터의 오염이 방지된다.
본 발명의 일 양태에서는, 리얼 타임의 농축을 실현하는 전기 투석 장치 (이온 추출 디바이스) 에도, 디바이스의 구조, 막의 선택, 용액 채널을 만드는 방법 등에 개량을 가함으로써, 디바이스 내에서의 오염에 의한 영향이 배제된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 시료 초순수 중의 용존 이온을 연속적으로 농축하고, 측정기에 직접 도입함으로써, 고감도인 연속 모니터링도 달성할 수 있다. 농축 프로세스를 플로 디바이스 내의 클로즈드한 계내에서 실시하기 때문에, 주변 환경으로부터의 오염이 없다. 또, 무인 또한 전자동으로도 동작하기 때문에, 인적 오염도 없다. 또한 시료 초순수 중의 미립자는 막투과할 수 없어 추출되지 않기 때문에, 협잡물의 제거도 농축과 함께 달성되어, 감도도 정밀도도 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에서는, 이온의 추출에 사용하는 산을 생성시키는 장치로서, 고순도이고 임의의 농도의 산을 안정 공급 가능한 제 1 전기 투석 장치 (산 용액 제너레이터) 를 사용한다. 또, 표준 용액의 조제에 있어서도 용기로부터의 용출 레벨이 상이한 것에 의한 정밀도 저하를 방지하기 위해, 용기 내에 블랭크 시료수를 넣고, 감소량을 그 질량으로 모니터링하면서, 적절히, 목적 성분의 표준 용액을 첨가해 간다. 극저농도를 연속 측정할 때에는, 정기적으로 블랭크 시료를 측정하는 것이 바람직하기 때문에, 본 발명의 일 양태에서는, 측정 후의 시료 용액을 재이용하여 블랭크 시료를 인라인으로 정제, 공급한다.
본 발명에 의하면, 상기 서술한 바와 같이, 초순수 중의 금속 이온 등의 농도를 연속적으로 농축할 수 있으므로, 반도체 공장 등의 현장 온라인 분석이 가능해진다. 또, 본 발명의 일 양태에 의하면, 블랭크수나 약액의 고순도 공급이 가능하다. 블랭크 저감 및 공간 절약화도 가능하다.
본 발명에 의하면, 초순수의 수질 진단을 신속하게 실시하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 초순수 제조 장치를 메인터넌스한 후의 가동시에 있어서의 수질을 신속하게 판단함으로써, 공장에 있어서의 비용 손실을 방지할 수 있다. 또한 장래, AI, IoT 에 수반하는 공장의 전자동화, 무인화에 대응해 가는 것이 가능해진다.
또, 종래에는, 현장에서 채취한 시료 용액을 청정한 클린룸에 가지고 돌아가고 나서 일련의 조작을 실시하고 있지만, 본 발명에 의하면, 현장에서 채취와 동시에 인라인으로 농축하여 프랙션마다 채취하는 것이 가능하다. 이와 같이 하면, 수송 비용의 저하, 높은 시간 분해능에서의 측정도 실현할 수 있다. 본 발명은, 용존 이온에 대해 유니버설한 수법이고, 후단의 측정기에 인라인 센서를 형성하면, 현장에서 종래보다 훨씬 높은 감도로 연속 모니터링할 수도 있다. 본 발명의 일 양태에서는, 산을 인라인 생성기로 생성시키고, 시료 초순수로부터 블랭크수를 조제한다. 이로써, 용존 이온을 농축할 뿐만 아니라, 극저농도에서도 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 순수 중의 이온 성분의 분석 방법 및 장치의 설명도이다.
도 2 는, 실시예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 실시예의 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 도 1 을 참조하여 실시형태에 관련된 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법 및 장치에 대해 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 초순수 중의 금속 이온 농도는 10 ng/L 이하이지만, 이것에 한정되지 않는다.
이 순수 중의 이온 성분의 분석 방법 및 장치에서는, 제 1 전기 투석 장치 (10) 및 제 2 전기 투석 장치 (20) 를 사용한다.
제 1 전기 투석 장치 (10) 는, 양극 (11) 과 음극 (12) 사이에 바이폴라막 (13) 및 아니온 교환막 (14) 을 배치하고, 양극 (11) 과 바이폴라막 (13) 사이에 양극실 (15) 을 형성하고, 바이폴라막 (13) 과 아니온 교환막 (14) 사이에 고순도 질산 수용액의 질산 생성실 (16) 을 형성하고, 아니온 교환막 (14) 과 음극 (12) 사이에 음극실 (17) 을 형성한 것이다.
바이폴라막이란 양이온 교환막과 음이온 교환막을 중첩한 구조를 갖는 복합막이다. 바이폴라막은, 물의 전기 분해에 사용하는 격막으로서, 혹은, 산과 알칼리의 중화 생성물인 염의 수용액으로부터 산과 알칼리를 재생할 때의 분리막 등으로서 종래로부터 널리 사용되고 있다. 또한, 바이폴라막 (13) 에서는, 이론 수전해 전압 (0.83 V) 이상의 전압을 인가함으로써 물 해리가 발생하므로, 전류는 흐른다.
상기와 같이, 바이폴라막 (13) 은, 양이온 교환막과 음이온 교환막을 중첩한 구조를 갖는다. 그 때문에, 제 1 전기 투석 장치 (10) 에 있어서는, 양극 (11) 과 음극 (12) 사이에 전압을 인가한 상태에 있어서도, 양극실 (15) 및 질산 생성실 (16) 내의 이온은, 바이폴라막 (13) 을 투과하지 않는다.
양극 (11) 과 음극 (12) 사이에 전압을 인가한 상태로 양극실 (15) 및 질산 생성실 (16) 에 초순수를 공급하고, 음극실 (17) 에 KNO3 수용액을 공급하면, 음극실 (17) 내의 NO3 - 이온이 아니온 교환막 (14) 을 투과하여 질산 생성실 (16) 로 이동한다. 음극실 (17) 내의 카티온은, 아니온 교환막 (14) 을 투과하지 않기 때문에, 질산 생성실 (16) 로 이동하지 않는다. 바이폴라막 (13) 의 작용에 의해 물이 해리되어 H＋ 가 발생한다. 이와 같이 하여, 질산 생성실 (16) 에서 고순도의 질산 수용액이 연속적으로 생성되고, 취출 라인 (18) 을 통하여 취출되며, 제 2 전기 투석 장치 (20) 의 제 2 생성실 (28) 로 송수된다. 또한, 상기 KNO3 수용액의 농도는 1 mmol/L ∼ 10 mmol/L 정도이지만, 이것에 한정되지 않는다.
제 2 전기 투석 장치 (20) 는, 양극 (21) 과 음극 (22) 사이에 아니온 교환막 (23), 투석막 (24) 및 아니온 교환막 (25) 을 이 순서로 배치하고, 양극 (21) 과 아니온 교환막 (23) 사이에 양극실 (26) 을 형성하고, 아니온 교환막 (23) 과 투석막 (24) 사이에 탈이온 초순수 생성용의 제 1 생성실 (27) 을 형성하고, 투석막 (24) 과 아니온 교환막 (25) 사이에 농축수 생성용의 제 2 생성실 (28) 을 형성하고, 아니온 교환막 (25) 과 음극 (22) 사이에 음극실 (29) 을 형성한 것이다. 또한, 투석막으로는, 충분히 세정한 재생 셀룰로오스제나 셀룰로오스에스테르제의 것 등을 사용할 수 있다. 사용하는 투석막의 분획 분자량은, 6000 ∼ 10,000 이 적합하지만, 이것에 한정되지 않는다.
양극 (21) 과 음극 (22) 사이에 전압을 인가한 상태로 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 각각 질산 수용액으로 이루어지는 전극수를 공급하고, 제 1 생성실 (27) 에 시료수 라인 (30) 을 통하여 시료 초순수를 공급하고, 제 2 생성실 (28) 에, 제 1 전기 투석 장치 (10) 로부터의 고순도 HNO3 수용액을 공급한다. 또한, 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 공급하는 질산 수용액의 농도는 10 mmol/L ∼ 30 mmol/L 정도이지만, 이것에 한정되지 않는다.
이로써, 제 1 생성실 (27) 내를 흐르는 시료 초순수 중의 카티온이 투석막 (24) 을 투과하여 제 2 생성실 (28) 로 이동한다. 또, 음극실 (29) 내를 흐르는 질산 수용액 중의 NO3 - 이 아니온 교환막 (25) 을 투과하여 제 2 생성실 (28) 로 이동한다. 이로써, 제 2 생성실 (28) 로부터는, 시료 초순수 중으로부터 이동해 온 카티온과, 질산 이온을 포함한 농축수가 유출된다. 제 1 생성실 (27) 로의 시료 초순수의 공급량, 제 2 생성실 (28) 로의 고순도 질산 수용액의 공급량 및 인가 전압을 조정함으로써, 시료 초순수보다 카티온 농도가 높아진 농축수가 제 2 생성실 (28) 에서 생성된다.
이 농축수를 라인 (31, 32) 을 통하여 ICP-MS 등의 분석 장치에 공급하여 분석하고, 측정값을 농축비로 제산함으로써, 시료 초순수 중의 카티온 농도를 고정밀도로 구할 수 있다.
제 1 생성실 (27) 에 공급된 시료 초순수 중의 아니온은, 아니온 교환막 (23) 을 지나 양극실 (26) 로 이동하고, 카티온은 제 1 생성실 (27) 로부터 투석막 (24) 을 지나 제 2 생성실 (28) 로 이동한다. 따라서, 제 1 생성실 (27) 로부터는 고도로 탈이온 처리된 고순도의 (시료 초순수보다 이온 농도가 낮은) 탈이온 초순수가 얻어진다. 이 탈이온 초순수는, 라인 (40) 을 통하여 취출되어, 블랭크수나 전기 투석 장치의 세정수 등에 사용할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는, 제 2 전기 투석 장치 (20) 는, 4 개의 실 (26 ∼ 29) 을 구비한 4 실 구조로 되어 있다. 전기 투석 장치로는 아니온 교환막 (23) 과 투석막 (24) 사이에 추가로 투석막 (제 2 투석막) 을 배치하고, 투석막 (24) 과 제 2 투석막 사이에 시료 초순수를 공급하는 5 실 구조의 것이 있다. 이 5 실 구조의 전기 투석 장치는, 카티온과 아니온을 동시에 분리, 정제, 농축하는 경우에 사용된다. 카티온과 아니온 중 어느 쪽인가를 평가 대상으로 하는 경우에는 4 실 구조의 전기 투석 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 본 시스템에 있어서는 초순수 중의 카티온을 분석 대상으로 하고 있기 때문에, 4 실 구조의 전기 투석 장치를 사용한다.
전술한 바와 같이, 시료 초순수 중의 카티온이 제 1 생성실 (27) 로부터 투석막 (24) 을 투과하여, 제 2 생성실 (28) 로 이동한다. 제 1 및 제 2 생성실 (27, 28) 의 유량비 및 전류값을 컨트롤함으로써 농축 배율이 정해진다. 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 아이솔레이터층으로서 HNO3 용액이 흐름으로써, 시료수 및 농축수로의 오염물의 혼입이나 전극부에 접촉하는 막의 고온 열화를 막아, 전압, 전류 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 전술한 바와 같이, 제 1 생성실 (27) 로부터는 탈이온 초순수가 얻어지므로, 이것을 청정한 블랭크수나 퍼지수, 린스수 등으로서 이용할 수 있다. 예를 들어, 라인 (41) 을 통하여 블랭크수로서 순환, 재이용함으로써, 제 2 전기 투석 장치 (20) 의 농축 동작 전의 블랭크수로서 이용하거나, 분석 시료를 농축, 분석할 때의 각 시료의 농축 전후의 라인 세정에 이용할 수 있다.
본 시스템에 있어서의 카티온 (금속 이온) 의 정량 분석에 있어서는, 제 2 전기 투석 장치 (20) 를 사용한 농축 블랭크 농도 (블랭크수를 농축했을 때의 금속 블랭크 농도) 와 각각의 목적으로 하는 정량 분석 범위의 금속 이온 농도에 의해 검량 관계를 구해 둔다. 온 사이트에 있어서의 오염 방지를 위해, 미리 준비한 초순수에 금속 표준액을 첨가하고, 서서히 첨가량을 늘림으로써 농도가 상이한 농도 기지 수용액을 조제한다. 또한, 금속 표준액의 첨가시에는, 금속 표준액이 첨가된 초순수를 중량 측정하여 금속 표준액의 첨가량을 검지하는 것이 바람직하다. 이로써, 금속 농도마다 표준액 보틀을 준비하지 않고 검량선 작성 및 제 2 전기 투석 장치 (20) 의 정상 성능을 확인할 수 있다. 검량선 작성시 등은, 제 2 전기 투석 장치 (20) 에 공급하여 감소한 분의 초순수 혹은 금속 표준액의 중량에 대하여, 필요한 금속 표준 원액을 첨가한다. 금속 표준액 보틀, 중량 측정기 등은 국소 클린 환경 내에 항상 설치하고, 예를 들어 소형의 N2 가스 박스 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 시스템을 사용한 카티온 (금속) 분석 방법의 각 공정 및 조건의 적합예를 이하에 설명한다.
[(1) 시작 공정]
제 1 생성실 (27) 에 블랭크수 (탈이온 초순수) 를 라인 (41) 을 통하여 공급하고, 제 2 생성실 (28) 에는 제 1 전기 투석 장치 (10) 로 생성시킨 고순도 HNO3 수용액을 라인 (18) 을 통하여 공급하고, 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 HNO3 수용액을 각각 공급하고, 제 2 전기 투석 장치 (20) 전체를 초기 세정한다. 초기 세정 중에는, 양극 (21), 음극 (22) 사이에 적당히 전압을 인가한다. 제 2 생성실 (28) 의 유출수는 배수 라인 (33) 을 통하여 배출한다. ICP-MS 도입 라인 (32) 은 별도 준비한 고순도의 HNO3 수용액으로 플러싱해 둔다.
[(2) 검량선 작성 공정]
제 1 생성실 (27) 에 블랭크수 (탈이온 초순수) 또는 조제한 금속 표준액 첨가 초순수를 공급하고, 제 2 생성실 (28) 에 제 1 전기 투석 장치 (10) 로부터의 고순도 HNO3 수용액을 공급한다. 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 HNO3 수용액을 각각 공급한다. 최초로 블랭크수로 전압 인가에 의한 농축 블랭크값을 구한 후, 금속 표준액 첨가 초순수를 사용하여 검량선을 작성한다. 통수시키는 금속 표준액 첨가 초순수의 농도를 변경할 때의 인터벌에서는, 제 1 생성실 (27) 로부터의 블랭크수를 라인 (41) 으로 제 1 생성실 (27) 에 순환 공급함과 함께 전압 인가하여 초기화 세정을 실시한다. 그 때, 제 2 생성실 (28) 로부터의 농축수는 배수 라인 (33) 으로 배출한다. 검량선 작성을 위한 측정시에는 농축수를 ICP-MS 에 도입하여 분석을 실시한다.
[(3) 시료 농축·분석 공정]
제 1 생성실 (27) 에 시료 초순수를 공급하고, 제 2 생성실 (28) 에 제 1 전기 투석 장치 (10) 로부터의 고순도 HNO3 수용액을 공급한다. 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 HNO3 수용액을 각각 공급한다. 양극 (21), 음극 (22) 사이에 전압을 인가하고, 제 2 생성실 (28) 로부터의 농축수를 ICP-MS 로 라인 (31, 33) 을 통하여 도입하여 온라인 분석한다. 측정 후, 제 1 생성실 (27) 에 대하여, 라인 (41) 을 통하여, 제 1 생성실 (27) 로부터의 블랭크수를 순환시킨 후, 다시 시료 초순수를 공급하여 2 회째의 온라인 분석을 실시한다. 블랭크수 순환 중에도 양극, 음극 사이에 전압을 인가해도 되고, 시료 초순수의 측정 인터벌간의 농축 블랭크를 ICP-MS 분석하여 블랭크 농도를 확인해도 된다.
[(4) 마무리 공정]
제 1 생성실 (27) 에 라인 (41) 을 통하여 블랭크수 (탈이온 초순수) 을 공급하고, 제 2 생성실 (28) 에는 제 1 전기 투석 장치 (10) 로부터의 고순도 HNO3 수용액을 공급한다. 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에 HNO3 수용액을 각각 공급한다. 양극, 음극 사이에 전압을 인가하고, 제 2 전기 투석 장치 (20) 내를 초기화 세정한다. 세정 배수는, 배수 라인 (33) 을 통하여 배출한다. ICP-MS 도입 라인 (31, 32) 은 별도 준비한 고순도의 HNO3 수용액으로 플러싱한다.
초기화 세정 후, 제 2 생성실 (28) 에 초순수를 공급한다. 양극실 (26) 및 음극실 (29) 에도 초순수를 공급한다. 또한, 이 때, 제 1 전기 투석 장치 (10) 에서는 통전을 정지한 상태로 하여, 실 (15, 16, 17) 에 초순수를 통수시킨다. 이와 같이 모든 실을 세정한 후, 각 실에 대한 통수를 정지하고, 수봉 상태로 해둔다.
실시예
이하의 제 1 전기 투석 장치 (10), 제 2 전기 투석 장치 (20) 및 ICP-MS 를 사용하여 초순수 중의 금속 이온 농도 측정을 이하의 조건에서 실시하였다.
[실험 방법]
＜제 1 전기 투석 장치＞
전극 면적 : 2 ㎠
바이폴라막 : 주식회사 아스톰 제조 네오셉타 BP-1E
아니온 교환막 : AGC 엔지니어링 주식회사 제조, 형번 DSVN
양극·바이폴라막 간격 : 0.1 ㎜
바이폴라막·아니온 교환막 간격 : 0.13 ㎜
아니온 교환막·음극 간격 : 0.13 ㎜
각 실의 유입부에서 유출부까지의 거리 : 40 ㎜
＜제 2 전기 투석 장치＞
전극 면적 : 2 ㎠
투석막 : 스펙트라 포어사 제조 셀룰로오스에스테르 투석용 튜브 (상품 코드 131276)
아니온 교환막 : AGC 엔지니어링 주식회사 제조, 형번 DSVN
양극·아니온 교환막 간격 : 0.1 ㎜
아니온 교환막·투석막 간격 : 0.13 ㎜
투석막·아니온 교환막 간격 : 0.13 ㎜
아니온 교환막·음극 간격 : 0.1 ㎜
각 실의 유입부에서 유출부까지의 거리 : 40 ㎜
＜분석 장치＞
ICP-MS : Thermo Scientific 사 제조, iCAP-RQ 측정시/KED 모드
금속 표준액 : 칸토 화학사 제조, ICP 혼합 표준 용액 H (20262-23)
＜장치 가동/플러싱시의 통수 및 조작 조건＞
<<제 2 전기 투석 장치, ICP-MS>>
시료수 : 초순수, 5 ㎖/min
제 2 생성실 (28) 의 급수 : HNO3 (1 mM), 0.1 ㎖/min
양극 및 음극 급수 : HNO3 (10 mM), 2 ㎖/min
ICP-MS 도입수 : HNO3 (1 mM), 0.1 ㎖/min
· 제 1 생성실 (27) 유출수를 제 1 생성실 (27) 입구에 순환
· 제 2 생성실 (28) 유출 농축수는 폐기
<<제 1 전기 투석 장치>>
양극실 급수 : 초순수, 2 ㎖/min
음극실 급수 : KNO3 (10 mM), 2 ㎖/min
질산 생성실 (16) 급수 : 초순수, 0.1 ㎖/min
＜금속 표준액을 사용한 농축·분석시의 통수 및 조작 조건＞
<<제 2 전기 투석 장치, ICP-MS>>
시료수 : 초순수, 5 ㎖/min
제 2 생성실 (28) 의 급수 : HNO3 (1 mM), 0.1 ㎖/min
양극실 및 음극실 급수 : HNO3 (10 mM), 2 ㎖/min
ICP-MS 도입수 : HNO3 (1 mM), 0.1 ㎖/min
· 제 1 생성실 (27) 유출수를 제 1 생성실 (27) 입구에 순환
· 제 2 생성실 (28) 로부터의 농축수는, 분석시에 ICP-MS 에 도입
·인가 전압 : 50 V (전류값/약 2 ∼ 5 ㎃)
<<제 1 전기 투석 장치>>
양극실 급수 : 초순수, 2 ㎖/min
음극실 급수 : KNO3 (10 mM), 2 ㎖/min
질산 생성실 (16) 급수 : 초순수, 0.1 ㎖/min
전류값 : 약 0.23 ㎃
＜분석 대상 원소＞
Na, Mg, Al, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Co, Rb, Sr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Cs, Ba, Bi
＜시료수 중의 금속 농도＞
1 ∼ 25 ng/L
[실험 결과]
상기 각 금속 1 ∼ 25 ng/L 의, 50 배 농축 평가 결과를 도 2 에 나타낸다. 도 2 의 각 그래프에 있어서, 세로축은 ICP-MS 의 검출 신호 강도 (cps) 이다. 가로축은 각 금속 이온의 농도이다. 금속 이온의 종류는 그래프 중에 기재하였다. 도 2 와 같이, 각 금속 이온의 극저레벨의 농도가 고정밀도로 측정되었다.
[실험 결과]
상기 각 금속 1 ∼ 25 ng/L 의, 50 배 농축 평가 결과를 도 2 에 나타낸다. 도 2 의 각 그래프에 있어서, 세로축은 ICP-MS 의 검출 신호 강도 (cps) 이다. 가로축은 각 금속 이온의 농도이다. 금속 이온의 종류는 그래프 중에 기재하였다. 도 2 와 같이, 각 금속 이온의 극저레벨의 농도가 고정밀도로 측정되었다.
본 발명을 특정한 양태를 사용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은, 2021년 9월 28일자로 출원된 일본 특허출원 2021-158070 에 기초하고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.
10 : 제 1 전기 투석 장치
11, 21 : 양극
12, 22 : 음극
13 : 바이폴라막
14, 23, 25 : 아니온 교환막
15, 26 : 양극실
16 : 질산 생성실
17, 29 : 음극실
20 : 제 2 전기 투석 장치
24 : 투석막
27 : 제 1 생성실
28 : 제 2 생성실
11, 21 : 양극
12, 22 : 음극
13 : 바이폴라막
14, 23, 25 : 아니온 교환막
15, 26 : 양극실
16 : 질산 생성실
17, 29 : 음극실
20 : 제 2 전기 투석 장치
24 : 투석막
27 : 제 1 생성실
28 : 제 2 생성실
Claims (9)
- 시료 초순수를 농축하여 분석 수단으로 분석하는 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법에 있어서,
시료 초순수를 전기 투석 장치에 의해 농축하는 것을 특징으로 하는 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 제 1 아니온 교환막, 투석막 및 제 2 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 제 1 생성실, 제 2 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 제 2 전기 투석 장치이고,
제 1 생성실에 시료 초순수를 통수시키고,
양극실 및 음극실에 질산 수용액을 통수시키고,
투석 처리에 의해 NO3 - 이온을, 아니온 교환막을 투과시켜 초순수 중으로 이동시킴으로써 생성시킨 고순도 질산 수용액을 제 2 생성실에 통수시키고,
그 제 2 생성실로부터의 농축수를 상기 분석 수단으로 분석하는 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 전기 투석 장치의 제 2 생성실에 통수시키는 고순도 질산 수용액은, 질산염 수용액을 제 1 전기 투석 장치로 투석 처리함으로써 생성시킨 것인 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 바이폴라 교환막 및 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 질산 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 전기 투석 장치이고,
양극실 및 질산 생성실에 초순수를 통수시키고,
음극실에 질산염 수용액을 통수시키고,
질산 생성실로부터 상기 고순도 질산 수용액을 취출하는, 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 질산염은, 질산칼륨, 질산나트륨, 또는 질산리튬인 초순수 중의 이온 성분의 분석 방법. - 시료 초순수를 농축하는 전기 투석 장치와,
그 전기 투석 장치로 농축된 농축수 중의 이온 농도를 측정하는 분석 수단을 갖는 초순수 중의 이온 성분의 분석 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 제 1 아니온 교환막, 투석막 및 제 2 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 제 1 생성실, 제 2 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 제 2 전기 투석 장치이고,
제 1 생성실에 시료 초순수를 통수시키고,
양극실 및 음극실에 질산 수용액을 통수시키고,
투석 처리에 의해 NO3 - 이온을, 아니온 교환막을 투과시켜 초순수 중으로 이동시킴으로써 생성시킨 고순도 질산 수용액을 제 2 생성실에 통수시키고,
그 제 2 생성실로부터의 농축수를 상기 분석 수단으로 분석하는 초순수 중의 이온 성분의 분석 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 전기 투석 장치의 제 2 생성실에 통수시키는 상기 고순도 질산 수용액을 생성시키기 위한 제 1 전기 투석 장치를 갖는, 초순수 중의 이온 성분의 분석 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전기 투석 장치는, 양극과 음극 사이에 바이폴라 교환막 및 아니온 교환막이 이 순서로 배치되고, 양극에서 음극을 향하여 양극실, 질산 생성실 및 음극실이 이 순서로 배치되어 있는 전기 투석 장치이고,
양극실 및 질산 생성실에 초순수를 통수시키고,
음극실에 질산염 수용액을 통수시키고,
질산 생성실로부터 상기 고순도 질산 수용액을 취출하는, 초순수 중의 이온 성분의 분석 장치.
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2022
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