(57)【要約】【課題】微量成分の濃度の経時変化を測定することが可能であり、かつ気体中に含まれる成分の検出限界濃度が十分低い気体分析装置を提供する。【解決手段】この気体分析装置は、デニューダ１００、気体供給部（ポンプ）２０８、液体供給部（ポンプ）３０２、及び分析装置７００を備える。デニューダ１００は、上下方向に延伸していて互いに対向する２つの平らな壁面を有している。ポンプ２０８は、デニューダ１００の下方から２つの壁面間に、分析対象となる気体を供給する。ポンプ３０２は、デニューダ１００の上方から２つの壁面間に、液体を供給する。分析装置７００は、デニューダ１００の下方から排出された液体に含まれる成分を分析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延伸していて互いに対向する２つの平らな壁面を有するデニューダと、
前記デニューダの下方から前記２つの壁面間に、分析対象となる気体を供給する気体供給部と、
前記デニューダの上方から前記２つの壁面間に、液体を供給する液体供給部と、
前記デニューダの下方から排出された前記液体に含まれる成分を分析する分析部と、
を備える気体分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記デニューダは、前記２つの壁面間の少なくとも一部に配置された多孔質体を有する気体分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の気体分析装置において、
前記液体供給部は、
前記デニューダの上方に前記液体を送液する液体送液部と、
前記デニューダの下方から前記液体を吸液する液体吸液部と、
を有する気体分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の気体分析装置において、
複数の濃縮カラムと、
前記複数の濃縮カラムのいずれかに前記デニューダの下方から排出された前記液体を供給する流路と、
前記液体が供給される前記濃縮カラムを切り替える切替部と、
前記液体が供給されていた前記濃縮カラムと前記分析部とを接続する接続部と、
を備える気体分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の気体分析装置において、
前記液体は過酸化水素水である気体分析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の気体分析装置において、
前記液体における過酸化水素の濃度は、０．５ｍｍｏｌ／Ｌ以上５．５ｍｍｏｌ／Ｌ以下である気体分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の気体分析装置において、
前記気体はクリーンルーム内の大気である気体分析装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の気体分析装置において、
前記壁面は、
横方向の幅が５ｃｍ以上７ｃｍ以下であり、
上下方向の長さが４０ｃｍ以上４４ｃｍ以下であり、
前記２つの壁面の相互間隔は２ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、
前記気体供給部は、前記気体を３Ｌ／分以上５Ｌ／分以下の速度で前記２つの壁面間に供給する気体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中に含まれる微量成分を分析することができる気体分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体中に含まれる微量成分を分析するケースの一つに、クリーンルームの雰囲気の分析がある。半導体製品の製造に用いられるクリーンルームには、配線材料やレチクルが保管されている。このため、例えば酸化性の成分がクリーンルームの雰囲気に含まれていると、配線材料やレチクルに、酸性ガス等による腐食や異物生成反応等が起こり、半導体製品の歩留まりに影響を与える。このため、クリーンルームにおいては、雰囲気中に含まれる微量成分を分析し、監視する必要がある。
【０００３】
クリーンルームの雰囲気に含まれる微量成分を分析する方法として、例えばＪＡＣＡ（Ｊａｐａｎ  Ａｉｒ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：社団法人日本空気清浄協会）の指針（Ｎｏ．３５Ａ−２００３）や、ＩＳＯ１４６４４−８  ２００６に規定されているように、インピンジャーを用いる方法がある。この方法は、純水等の溶液を保持するインピンジャーを２段にして、ポンプを用いてクリーンルームの雰囲気をインピンジャー内の溶液に吹き込むことにより、雰囲気中の微量成分を溶液に溶解させるものである。微量成分が溶解した溶液は、その後、例えばイオンクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーにより分析される。
【０００４】
また、特許文献１及び特許文献２には、デニューダを用いて気体をサンプリングして分析する方法が開示されている。また非特許文献１には、並行平板型のデニューダを用いて大気に含まれる成分を捕集することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５０３５８５号公報
【特許文献２】特開平１１−８３７００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"Membrane-Based Parallel Plate Denuder for the Collection and Removal of Soluble Atmospheric Gases"，Masaki Takeuchi他３名，Analytical Chemistry, 2004, Vo1.76, 1204-1210
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インピンジャーを用いて気体中に含まれる微量成分を分析する場合、例えば６〜２４時間の捕集操作が必要になる。しかしこのような長時間の捕集をインピンジャーで行うと、インピンジャーの内壁に成分が付着することがあり、また、インピンジャー内の溶液に成分が捕集されきれずに出て行くことがある。このため、気体中に含まれる成分の検出限界濃度を十分低くすることは難しかった。また、特許文献１、特許文献２、及び非特許文献１に記載の技術では、気体中に含まれる成分の検出限界濃度を十分低くすることはできなかった。このため、気体中に含まれる成分の検出限界濃度が十分低い気体分析装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上下方向に延伸していて互いに対向する２つの平らな壁面を有するデニューダと、
前記デニューダの下方から前記２つの壁面間に、分析対象となる気体を供給する気体供給部と、
前記デニューダの上方から前記２つの壁面間に、液体を供給する液体供給部と、
前記デニューダの下方から排出された前記液体に含まれる成分を分析する分析部と、
を備える気体分析装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、デニューダは２つの平らな壁面を有しており、これらの壁面間を、分析対象となる気体と、気体に含まれる成分を捕集するための液体が流れる。デニューダは２つの平らな壁面を有している場合、横方向の断面におけるデニューダの最小幅は、デニューダが管状である場合と比較して小さくなる。このため、気体が液体中で形成する気泡の最大直径が小さくなり、気体と液体の接触面積が大きくなる。
【００１０】
また、液体はデニューダの上方から供給され、気体はデニューダの下方から供給されるため、液体が壁面間を流れ落ちる動きは、気体が下方から上がってくるため妨げられる。従って、液体がデニューダの壁面間に位置する時間が長くなる。
【００１１】
これらのことから、デニューダから排出される液体において、分析対象となる気体から溶解した成分の濃度が上昇する。このため、気体中に含まれる成分の検出限界濃度を十分低くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気体中に含まれる成分の検出限界濃度を十分低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る気体分析装置の構成を示す図である。
【図２】デニューダの正面図である。
【図３】デニューダの中の流路の寸法を説明するための概略図である。
【図４】デニューダに対する気体の流量と酸化性ガスの捕集率の実測値を示すグラフである。
【図５】図１に示した気体分析装置を用いて、クリーンルーム内の雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度の経時変化を分析する方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示した方法を用いてクリーンルームの雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度を１５分間隔で測定した結果を示す表である。
【図７】分析装置の分析結果を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
図１は、実施形態に係る気体分析装置の構成を示す図である。この気体分析装置は、デニューダ１００、気体供給部（ポンプ）２０８、液体供給部（ポンプ）３０２、及び分析装置７００を備える。デニューダ１００は、上下方向に延伸していて互いに対向する２つの平らな壁面を有している。ポンプ２０８は、デニューダ１００の下方から２つの壁面間に、分析対象となる気体を供給する。ポンプ３０２は、デニューダ１００の上方から２つの壁面間に、液体を供給する。分析装置７００は、デニューダ１００の下方から排出された液体に含まれる成分を分析する。以下、詳細に説明する。
【００１６】
デニューダ１００に供給される気体、すなわち分析対象となる気体は、例えばクリーンルーム内の大気である。この大気は、流路（例えば配管）２００を介してデニューダ１００の下方から２つの壁面間に供給される。デニューダ１００を通った気体は、流路（例えば配管）２０２を介して排気される。ポンプ２０８は流路２０２に接続されている。また流路２０２のうちポンプ２０８より上流側に位置する部分には、水分トラップ２０４及び流量計２０６が取り付けられている。
【００１７】
デニューダ１００は、平行平板型のデニューダであり、２つの平板１０２，１０４をスペーサ（図示せず）を介して互いに対向させた構成を有している。液体及び気体は、平板１０２，１０４の相互間の空間に供給される。また平板１０２，１０４の間の空間すなわち２つの壁面間の少なくとも一部には、多孔質体１０６が位置している。本図に示す例において、多孔質体１０６は、デニューダ１００の上部、すなわち液体の入口の近傍に位置している。多孔質体１０６は、例えば多孔性ポリフッ化ビニリデンである。
【００１８】
デニューダ１００に供給される液体は、例えば過酸化水素水である。この場合、液体における過酸化水素の濃度は、０．５ｍｍｏｌ／Ｌ以上５．５ｍｍｏｌ／Ｌ以下であるのが好ましい。過酸化水素の濃度が５．５ｍｍｏｌ／Ｌより高いと、過酸化水素から気泡が発生し、気体に含まれる成分の捕集に影響を与える。また過酸化水素の濃度が０．５ｍｍｏｌ／Ｌより低いと、分析対象の気体に含まれる酸化性ガスが液体に溶解しにくくなる。液体は、容器３００に保持されており、ポンプ３０２によって流路（例えば配管）３０４，３０６を介して平板１０２，１０４それぞれの内壁に供給される。容器３００とポンプ３０２の間には、不純物除去カラム３０１が設けられている。
【００１９】
本実施形態において、ポンプ３０２はヘリスタポンプであり、送液部を４つ（４チャンネル）有している。これらのうち２つは、容器３００に保持されている液体を、流路３０４，３０６を介して平板１０２，１０４それぞれの内壁の上部に供給している。また残りの２つは、流路（例えば配管）３０７，３０８を介して平板１０２，１０４それぞれの内壁の下部から液体を吸液している。
【００２０】
平板１０２，１０４それぞれの内壁の下部からポンプ３０２によって吸液された液体は、流路３１０（例えば配管）及び６方バルブ４００を介して、１０方バルブ５００（切替部及び接続部）に保持されている複数（本図に示す例では２つ）の濃縮カラム５１０ａ、５１０ｂのいずれかに供給される。
【００２１】
濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂのうちポンプ３０２に接続されていない濃縮カラム、すなわち直前までポンプ３０２から液体が供給されていた濃縮カラムは、ポンプ６０２及び分析装置７００に接続される。ポンプ６０２は濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂに洗浄液を供給し、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂが吸着している成分を洗浄液に溶解させる。濃縮カラム５１０ａが吸着していた成分が溶解した洗浄液は、分析装置７００に送られる。分析装置７００は、例えばイオンクロマトグラフィーであり、送られてきた洗浄液に含まれる成分を分析する。なお、洗浄液は容器６００に保持されている。
【００２２】
６方バルブ４００は、１０方バルブ５００の接続先を切り替える。接続先としては、流路３１０及び検量用溶液保持部４１０がある。検量用溶液保持部４１０は、分析装置７００を検量するための溶液を保持している。検量用溶液保持部４１０が１０方バルブ５００に接続されると、検量用溶液が濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂに送られる。そして分析装置７００は、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂが検量用溶液から吸着した成分を分析する。このようにして分析装置７００の検量が行われる。
【００２３】
図２は、デニューダ１００の正面図である。デニューダ１００は、上記したように２つの平板１０２，１０４を、スペーサ１０９を介して対向させた構成を有している。平板１０２，１０４は、例えばプレキシグラス（登録商標）により形成されており、スペーサ１０９は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されている。平板１０２，１０４の間の空間のうちスペーサ１０９が設けられていない部分が、液体及び流体の流路１１０となっている。流路１１０の上部には多孔質体１０６が設けられている。多孔質体１０６は、液体の流量制限部として機能し、液体が流路１１０内を急速に流れ落ちることを抑制している。また平板１０２，１０４のうち流路１１０に面している部分１０８には、微細な凹凸が形成されている。
【００２４】
図３は、デニューダ１００の中の流路１１０の寸法を説明するための概略図である。流路１１０は、横方向の幅Ｗが５ｃｍ以上７ｃｍ以下であり、上下方向の長さＬが４０ｃｍ以上４４ｃｍ以下であり、平板１０２，１０４の内壁の相互間隔ｓは２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。この場合、ポンプ２０８は、気体を３Ｌ／分以上５Ｌ／分以下の速度で流路１１０に供給するのが好ましい。このようにすると、流路１１０の上方から供給された液体が気体によって逆流することを抑制できる。また、気体の流量が多いため、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂ一つあたりのサンプリング時間を、例えば１５分〜２０分程度に短縮することができる。
【００２５】
図４は、デニューダ１００に対する気体の流量と酸化性ガスの捕集率の実測値を示すグラフである。本図に示す例において、デニューダ１００の中の流路１１０の寸法は、横方向の幅Ｗが６ｃｍであり、上下方向の長さＬが４２ｃｍであり、平板１０２，１０４の内壁の相互間隔ｓは３ｍｍである。また、気体には、酸化性ガスとして予め５０ｐｐｂのＳＯ２を添加しておいた。また液体としては、５ｍｍｏｌ／Ｌの過酸化水素水を用いた。
【００２６】
気体の流量が３Ｌ／分以上５L／分以下の範囲では、ＳＯ２の捕集率は略１であり、略全量が液体に捕集されていた。しかし、気体の流量が６Ｌ／分、７Ｌ／分、及び８Ｌ／分になると、点線で示す理論値と異なり、ＳＯ２の捕集率は０．９、０．７７、及び０．５８と急激に低下していった。このことから、気体の流量は３Ｌ／分以上５L／分以下が適切であることが分かる。なお、点線で示す理論値ｆは、以下の（１）式で算出される。
ｆ＝−０．９１ｅｘｐ（（−０．２４π×ｗ×Ｄ×Ｌ）／（Ｑ×ｓ））・・・（１）
ただし、Ｄ：ＳＯ２の拡散係数＝０．１２ｃｍ２／秒、Ｑ＝ガスの体積流量（ｃｍ３／秒）である。
【００２７】
図５は、図１に示した気体分析装置を用いて、クリーンルーム内の雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度の経時変化を分析する方法を示すフローチャートである。この方法において、６方バルブ４００は、１０方バルブ５００を流路３１０に接続している。
【００２８】
まずポンプ２０８，３０２の動作を開始する（ステップＳ１０）。これにより、デニューダ１００の上方から液体が供給されると共に、デニューダ１００の下方から気体が供給される。気体に含まれる酸化性ガスはデニューダ１００内で液体に溶解する。デニューダ１００の下方から排出された液体は、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂのいずれか一方に送られる。濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂのうち液体が送られてきた方は、液体に含まれる成分を捕集する。
【００２９】
そして、一定時間、例えば１５分〜２０分ほど経過する（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）と、１０方バルブ５００が回転し、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂのうち流路３１０に接続している濃縮カラムが切り替わる（ステップＳ３０）。そして、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂのうち、切り替え前まで流路３１０に接続していた濃縮カラムは、ポンプ６０２及び分析装置７００に接続される。ポンプ６０２は濃縮カラムに洗浄液を供給し、濃縮カラムが吸着している成分を洗浄液に溶解させる。そして分析装置７００は、濃縮カラムから排出された洗浄液に含まれる成分を分析する（ステップＳ４０）。
【００３０】
そして一定時間が経過するたびに（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０及びステップＳ４０に示した処理を繰り返す。これにより、クリーンルーム内の雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度の経時変化を、一定時間間隔（例えば１５分〜２０分間隔）で測定することができる。
【００３１】
図６は、図５に示した方法を用いてクリーンルームの雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度を１５分間隔で測定した結果を示す表であり、図７は、分析装置７００の分析結果を示すチャートである。なお図６と図７は、互いに異なるデータである。これらの表及びチャートから、クリーンルームの雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度の経時変化を知ることができる。なお、図６に示す例は、クリーンルームの雰囲気に含まれる酸化性ガスの濃度がほとんど変化していないことを示している。そしてこの例において、各成分の検出下限は０．０５μｇ／ｍ３であった。
【００３２】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、デニューダ１００は、横方向（水平面）の断面における最小幅が、デニューダが管状である場合と比較して小さくなる。このため、気体が液体中で形成する気泡の最大直径が小さくなり、デニューダ１００内における気体と液体の接触面積が大きくなる。
【００３３】
また、液体はデニューダ１００の上方から供給され、気体はデニューダ１００の下方から供給されるため、液体が壁面間を流れ落ちる動きは、気体が下方から上がってくるため妨げられる。従って、液体がデニューダ１００の壁面間に位置する時間が長くなる。
【００３４】
従って、デニューダ１００から排出される液体において、分析対象となる気体から溶解した成分の濃度が上昇する。このため、気体中に含まれる成分の検出限界濃度を十分低くすることができる。また、デニューダ１００において、気体に含まれている成分が液体に溶解しやすくなるため、短時間でサンプリングを行える。従って、サンプリングを繰り返し行うことにより、微量成分の濃度の経時変化を測定することができる。
【００３５】
また、デニューダ１００は多孔質体１０６を有しているため、デニューダ１００の上方から供給された液体がデニューダ１００内を急速に流れ落ちることを抑制できる。また、ポンプ３０２は、デニューダ１００の上方に液体を供給するほか、デニューダ１００の下方から液体を吸液しているため、デニューダ１００内における液体の流れを安定させることができる。ポンプ３０２による効果は、デニューダ１００が多孔質体１０６を有している場合に特に顕著になる。
【００３６】
また、液体として過酸化水素水を使用しているため、デニューダ１００内において気体に含まれる酸化性ガスは、効率よく液体に捕集される。また、有機物など分析装置７００の分析の妨げになる物質を分解することができる。
【００３７】
また、濃縮カラム５１０ａ，５１０ｂを切り替えることにより、連続分析が可能となっている。
【００３８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば上記した実施形態では、分析対象の気体としてクリーンルーム内の雰囲気を使用したが、屋外の大気を分析対象の気体として使用しても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１００   デニューダ
１０２   平板
１０４   平板
１０６   多孔質体
１０８   部分
１０９   スペーサ
１１０   流路
２００   流路
２０２   流路
２０４   水分トラップ
２０６   流量計
２０８   ポンプ
３００   容器
３０１   不純物除去カラム
３０２   ポンプ
３０４   流路
３０６   流路
３０７    流路
３０８   流路
３１０   流路
４００   ６方バルブ
４１０   検量用溶液保持部
５００   １０方バルブ
５１０ａ  濃縮カラム
５１０ｂ  濃縮カラム
６００   容器
６０２   ポンプ
７００   分析装置
【図１】
2010249577.tif 000003
【図２】
2010249577.tif 000004
【図３】
2010249577.tif 000005
【図４】
2010249577.tif 000006
【図５】
2010249577.tif 000007
【図６】
2010249577.tif 000008
【図７】
2010249577.tif 000009