(57)【要約】【課題】石英ガラス全体を溶解させる方法では、溶解させるために長時間必要となるだけではなく、高濃度の酸・アルカリを除去する工程が必要となるため簡易ではないので、石英ガラス表面近傍中の陰イオンを簡易に定量する分析方法を提供する。【解決手段】石英ガラス表面近傍のみをアルカリ溶液で溶解させ、この溶解液を直接キャピラリー電気泳動で分離し、陰イオンを質量分析装置で測定することで、石英ガラス表面近傍の陰イオンを定量分析する事を可能とした。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスをアルカリ溶液で溶解する工程と、該溶解液中の陰イオンを電気泳動で分離し、質量分析法により定量分析する工程を含む事を特徴とする石英ガラス中の陰イオン定量分析方法。
【請求項２】
前記石英ガラスを柱形状に加工する工程と、該石英ガラスの一平面のみをアルカリ溶液で溶解させる工程を含む事を特徴とする請求項１記載の石英ガラス中の陰イオン定量分析方法。
【請求項３】
前記陰イオンが、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオン、シュウ酸イオン、フマル酸イオン、リンゴ酸イオン、グルタル酸イオン、マロン酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオン、プロピオン酸イオン、メタクリル酸イオン、マレイン酸イオン、酪酸イオン、アクリル酸イオンからなる群から選択される物質である事を特徴とする請求項１記載の石英ガラス中の陰イオン定量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石英ガラス中の不純物を定量分析する分析方法に関する。詳しくは石英ガラス表面から一定の深さ中に含有される陰イオンを定量分析する分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石英ガラスは、エキシマレーザステッパのレンズやミラー、フォトマスクの基材等、高精度な光学部品に用いられることが多くなっている。石英ガラスを高精度な光学部品に用いるためには、屈折率や透過率のばらつきを極限まで抑える必要があり、石英ガラス原料中の不純物を厳しく管理する必要がある。金属不純物の管理方法としては、酸分解法・アルカリ溶融法等により分解後、ＩＣＰ発光分析やＩＣＰ質量分析法により定量分析する方法が知られており、これらの分析法を用いて管理されている（例えば特許文献１参照）。一方、石英ガラスは洗浄工程で酸で洗浄する必要があり、この洗浄工程で石英ガラス表面近傍に酸の残留や、石英ガラス内部への酸の拡散によって屈折率や透過率がばらつくという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６３７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示した酸分解法やアルカリ溶融法によるＩＣＰ発光分析やＩＣＰ質量分析は、金属元素の管理には十分な手法であるが、陰イオン（酸）の分析には適用できず、また、石英ガラス全体を溶解させてしまうため、洗浄工程に起因する石英ガラス表面近傍に拡散している陰イオンのみを評価することが出来なかった。また、分解するために時間がかかるという問題があった。さらに、陰イオン分析を行うために一般的なイオンクロマトグラフ法は、高濃度の酸やアルカリそのものが、対象とする陰イオン測定を阻害するために、そのままでは陰イオン測定が出来ないという問題があり、溶解液から高濃度の酸やアルカリを除去する工程を経ることで、イオンクロマトグラフ法でも陰イオン測定が可能となる筈だが、除去工程が必要となるために、簡易な方法とは言えない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明はの石英ガラスをアルカリ溶液で溶解する工程と、該溶解液中の陰イオンをキャピラリー電気泳動で分離し、質量分析法により定量分析する工程を含む構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、前処理なしで簡易に、石英ガラス表面近傍の陰イオン残留量を深さ方向で知ることができるため、石英ガラスの品質管理に用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を構成する各工程を詳細に説明する。
石英ガラス表面のみをＫＯＨまたはＮａＯＨ等のアルカリ溶液で分解するために、たとえば図１に示すようなポリ四弗化エチレン容器を用いて行なうことが出来る。このポリ四弗化エチレン容器は、テフロン（登録商標）製のジャー１とポリ四弗化エチレン製の内蓋２とポリ四弗化エチレン製の外蓋３で構成されている。溶解の手順は、ポリ四弗化エチレン製のジャー１内に溶解しようとする石英ガラスの底面積に対応した量のアルカリ溶液を入れた後に、溶解面を下にして柱形状に加工した石英ガラスを入れ、内蓋２を入れ、外蓋３で密栓し、オーブンなどで所定温度に加熱することで、石英ガラス表面のみを溶解する。
【０００８】
前述の溶解前後の石英ガラスの重量を測定しておくことで、アルカリ溶液に溶解した石英ガラスの重量を知ることができ、石英ガラスの密度及び底面積から溶解した石英ガラス厚を算出することができる。
【０００９】
前記の柱形状は、特に指定は無いが、石英ガラス厚さを算出し易い形状として立方体を含む直方体、円柱、多角柱が好ましい。
【００１０】
前述のようにして溶解させた石英ガラス溶解液をキャピラリー電気泳動で分離し、質量分析装置で対応する陰イオンの質量数を指定して測定することによって、溶解液中の陰イオンを定量することが出来る。前記の石英ガラス厚さ、および、溶解させた底面積から、石英ガラス単位体積あたりに含有される陰イオン量を算出することができる。
【００１１】
本発明で定量しようとする陰イオンとしては、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオン、シュウ酸イオン、フマル酸イオン、リンゴ酸イオン、グルタル酸イオン、マロン酸イオン、酢酸イオン、乳酸イオン、プロピオン酸イオン、メタクリル酸イオン、マレイン酸イオン、酪酸イオン、アクリル酸イオンが挙げられる。
【００１２】
石英ガラスをアルカリ溶液で溶解させ、溶解液中の陰イオンを電気泳動によって分離し、質量分析する事により石英ガラス中の陰イオンを前処理なしで定量する事ができるようになった。
【００１３】
前記、石英ガラスを柱形状に加工し、一平面のみをアルカリ溶液で溶解する工程を複数回経る事により、深さ方向の陰イオンの分布を知ることが出来るようになった。
【００１４】
以下、実施例による本発明を具体的に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
不純物分析を行う石英ガラスは、あらかじめ硫酸による洗浄を行なったもので、溶解面を１．０ｃｍ×１．０ｃｍ×１．０ｃｍの立方体に加工した。アルカリ溶液としてはＫＯＨ溶液を使用し、図１に示すような構成のポリ四弗化エチレン容器に溶解面を下にして入れ、オーブンにて加熱分解を行なった。
【００１６】
溶解条件としては、０．２ｍｌの１％ＫＯＨ溶液を用いて２００℃のオーブンで加熱した。前記の石英ガラスの溶解面の面積は１ｃｍ２であり、１ｃｍ２に対して液量を０．２ｍｌとすることでアルカリ溶液がほとんど該石英ガラスに横回りしない液量とした。溶解前後の該石英ガラスの重量をマイクロ天秤で計量することで、溶解した該石英ガラスの重量を知ることができる。石英ガラスの密度は２．６ｇ／ｃｍ３であるから、溶解重量から該石英ガラスの溶解深さを計算することが出来る。その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
ＫＯＨ（１％溶液）による石英ガラス溶解重量及び溶解深さ
【００１９】
この溶解液中の硫酸イオンを前処理せず直接測定するために、キャピラリー電気泳動と、質量分析装置を用いた。周知のようにキャピラリー電気泳動は、電気泳動によって試料中のイオン成分を分離する手法であり、検出器として質量分析装置を用いることで、高感度に目的成分を定性・定量することが可能である。前記した４つの溶解液を表２、表３に示す条件でキャピラリー電気泳動と質量分析測定を行ない、硫酸イオンの定量分析を行った。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
キャピラリー電気泳動装置の測定条件
【００２２】
【表３】
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【００２３】
質量分析装置の測定条件
【００２４】
前記の石英ガラスを１０分間加熱溶解して得られた溶解液のエレクトロフェログラムを図２に示す。このときの硫酸イオンの定量値は０．１５μｇ／ｍｌである。これを単位面積あたりの硫酸イオン量に換算すると、３０ｎｇ／ｃｍ２である。すなわち、該石英ガラス表面から深さ０．９μｍまでの間に存在する単位面積あたりの該硫酸イオン量は３０ｎｇ／ｃｍ２であると言える。
【００２５】
同様に前記の石英ガラスを２０分、４０分、６０分加熱溶解して得られた溶解液中の硫酸イオン量はそれぞれ、０．１５μｇ／ｍｌ、０．１５μｇ／ｍｌ、０．１５μｇ／ｍｌであった。この溶解液の定量結果は前記した１時間加熱溶解して得られた溶解液中の硫酸イオン量と同じであった。すなわち、硫酸イオンは該石英ガラス表面から０．９μｍまでの間にのみ存在していると言える。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明を用いることにより、石英ガラス表面近傍の陰イオン量を定量することが可能となるため、石英ガラスの品質管理に用いることができ、石英ガラス表面近傍の陰イオンに起因する透過率や屈折率のばらつきを制御する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に用いたポリ四弗化エチレン容器を示す断面図。
【図２】本発明の実施例で得られた石英ガラス中の硫酸イオンのエレクトロフェログラム。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・ポリ四弗化エチレン製ジャー
２・・・ポリ四弗化エチレン製内蓋
３・・・ポリ四弗化エチレン製外蓋
【図１】
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【図２】
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