JP2004177164A

JP2004177164A - 水質分析装置及び水質分析方法

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Publication number: JP2004177164A
Application number: JP2002340907A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Morioka; 雄一森岡; Masatoshi Endo; 昌敏遠藤
Original assignee: TECHNO MORIOKA KK
Current assignee: TECHNO MORIOKA KK
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】測定対象である試料水の流量を制御することにより、正確なＴＯＣ値を連続して測定する。
【解決手段】本発明にかかる水質分析装置は、測定対象となる試料水の流路にレギュレータ２０が配設されていることにより、試料水の圧力の変動を低減し、試料水の流量を略一定に保つことができる。流量が略一定に保たれた試料水を連続して測定することにより、不純物である有機物量を連続して正確に測定することが可能となる。また、レギュレータ２０とオリフィス４７とを連係させることにより流量の変動をさらに低減し、正確にＴＯＣ値を測定することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水に含まれる全有機体炭素量（ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ：以下、ＴＯＣと称す）を定量分析することができる水質分析装置及び水質分析方法に関する。特に、水に含まれる有機物に紫外線を照射することにより有機物を酸化させ、紫外線を照射する前後の水の導電率の差に基づいて水に含まれる炭素量を定量分析することができる湿式紫外線酸化法を用いた水質分析装置及び水質分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水の清浄度を表す指標の一つとして、水中の有機物中の炭素量である全有機炭素（ＴＯＣ）値（μｇ／ｌ又はｐｐｂで表される）がある。特に、不純物を殆ど含まない水を用いることが重要である半導体洗浄では、０．２０μｇ／ｌ以下のＴＯＣ値が要求される場合がある。
【０００３】
水のＴＯＣ値を測定する水質分析装置として、湿式紫外線酸化法を用いたＴＯＣ計が広く使用されている。湿式紫外線酸化法を用いたＴＯＣ計は、測定対象となる試料水の導電率を導電率センサで測定した後、かかる試料水に紫外線を照射することにより試料水に含まれる有機物を酸化させ、再度導電率を測定する。ＴＯＣ計は、紫外線が照射される前後の試料水の導電率の差に基づいて、かかる試料水のＴＯＣ値を算出することができる。
【０００４】
上述のＴＯＣ計は、半導体の洗浄を行う洗浄工程に設置され、洗浄に用いられる水の清浄度をリアルタイムでモニターすることができる。半導体の清浄工程では、有機溶媒の如き有機物を含む水の清浄度をリアルタイムでモニターするインラインリアルタイム計測を行うことにより水質を管理し、清浄度が良好な水を常時使用することが重要となる。また、上述の半導体洗浄工程に限らず、ＴＯＣ計は、清浄度が良好な水を必要とする製造工程、又は各種有機物を取り扱う製薬プロセス工程において使用される水の清浄度を測定するためにも用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き工程で使用される水の清浄度を管理するためには、使用される水をＴＯＣ計に連続供給し、水のＴＯＣ値を精度良く且つリアルタイムで測定することが重要となる。
【０００６】
しかしながら、このような工程に配設された配管内では、水の圧力変動が生じる場合が多い。測定対象となる水に圧力変動が生じた場合、工程からＴＯＣ計に供給される試料水の流量が変動することになり、常時一定量の試料水に対して紫外線を照射することが困難となる。常時一定量の試料水に対して紫外線が照射されないことにより、試料水に含まれる有機物の酸化度にばらつきが生じ、正確なＴＯＣ値を測定することが難しくなる。
【０００７】
また、試料水の流量を一定に維持するためにマスフローコントローラによる流量制御を行う技術も知られているが、コストの増大を招く場合が多く、マスフローコントローラに替わる流量制御技術が求められている。
【０００８】
さらに、測定対象となる試料水には、流量のばらつきの原因やＴＯＣ値の測定の障害となる気泡が含まれることが多く、このような気泡を滞留させる不要なスペースがＴＯＣ計の内部に形成されている場合もある。従って、このような気泡を除去する技術、及び気泡を滞留させるスペースが低減された構造を有するＴＯＣ計によりＴＯＣ値を精度良く測定する技術も求められている。
【０００９】
また、上述の如き工程で使用されるＴＯＣ計は、工程の稼動中に連続してＴＯＣ値を測定することが出来る信頼性も重要となる。特に、長期間に亘ってＴＯＣ計を使用した場合、測定対象となる試料水が送り込まれるチャンバーが長期間紫外線の照射を受けることになり、チャンバーを形成する材質の劣化を招く。
【００１０】
例えば、チャンバーを形成する材質として、ＴＯＣ計の軽量化を図る目的で比較的軽量であるアルミニウムを用いた場合、チャンバーの内壁により紫外線が反射されることにより試料水への照射効率を高めることもできるが、光源である紫外線ランプに臨むチャンバーの内壁が酸化される。チャンバーの内壁で生成された酸化アルミニウムは、粉状となって紫外線ランプに付着し、紫外線ランプから出射される紫外線を遮ることになり、紫外線の照射効率を低下させる。さらに、チャンバー内に配設され、測定対象となる試料水の流路とされる反応器に酸化アルミニウムが付着した場合、試料水に対する紫外線照射の妨げとなる。
【００１１】
このように紫外線ランプ及び反応器に酸化アルミニウムが付着すると、試料水に対して常時一定量の紫外線を照射することが困難となり、試料水に含まれる有機物が一様に酸化されず、正確なＴＯＣ値を測定することが難しくなる。
【００１２】
さらに、試料水の流路とされる反応器は、試料水を流動させながら効率良く紫外線が照射されるように紫外線ランプを巻回するようなスパイラル形状とされる管状のものが広く用いられている。しかしながら、反応器としてガラス管を用いた場合、ガラス管は機械的強度が低く、特に、ＴＯＣ計を組み立てる際のガラス管とチャンバーとの取り付け部に衝撃が加わると破損することが多い。また、ガラス管をスパイラル形状に加工するためには高度な加工技術が要求され、ガラス管の加工コストが高いだけでなく、量産することも困難とされる。従って、ＴＯＣ計の組み立て時、及びＴＯＣ計を使用する際のガラス管の破損を低減することによりＴＯＣ計の製造コストの増大を抑制し、長期間正確にＴＯＣ値を測定することができる信頼性を確保することも重要となる。
【００１３】
また、上述の如きガラス管は、紫外線を効率良く試料水に照射するための反応器としては汎用とされるが、ＴＯＣ値を精度良く測定するためには、試料水に均一に紫外線を照射することにより試料水に含まれる有機物の分解を一様に行うことが重要となる。このように、試料水に含まれる有機物を一様に分解するためには、反応器は肉厚が略一定であると共にスパイラル形状のピッチが略一定であることが重要となる。
【００１４】
しかしながら、既に述べたようにガラス管をスパイラル形状に成形するためには高度な技術が要求されるだけでなく、ガラス管の肉厚が略一定になるように成形することも難しい場合がある。このような実情から、反応管を形成するための材質として各種材質が検討されており、例えば、加工の容易さ及び紫外線の透過率が良好な点からフッ素樹脂により反応器を形成することも考えられる。フッ素樹脂は主として紫外線の波長が２５４ｎｍ近辺の波長帯で用いる殺菌装置等では汎用とされているが、加工の容易さ及び紫外線の透過率が良好な点からフッ素樹脂により形成された反応器を、試料水に含まれる有機物を分解するために必要とされる１８５ｎｍ近辺の波長帯の紫外線を用いる測定、又は分析に用いる技術も求められていた。
【００１５】
さらに、ガラス管の如き反応器を用いることなく、簡単な構造のＴＯＣ計により試料水を流動させながらＴＯＣ値を正確に測定する技術も求められている。
【００１６】
さらにまた、チャンバーに供給される前の紫外線が照射されていない試料水の導電率を導電率センサにより測定し、チャンバー内で紫外線が照射された試料水の導電率をチャンバーの出口側で測定した場合、同時刻に導電率が測定された試料水は実質的に同一の試料水とならない問題が生じ、チャンバーの入口側で測定された導電率と出口側で測定された導電率とに基づいてそのままＴＯＣ値を算出すると、ＴＯＣ値の正確な値が得られない問題もある。
【００１７】
具体的には、試料水がチャンバーを流れる際に要する通過時間をｔとすると、チャンバーの入口側において測定された試料水の導電率と、チャンバーの入口側で導電率を測定した時刻から通過時間ｔだけ前にチャンバーの入口側を通過した試料水がチャンバーの出口側で測定された導電率とに基づいて試料水に含まれるＴＯＣ値が算出されることになる。従って、ＴＯＣ値における試料水の流量を略一定に維持したとしても、チャンバーを通過した試料水分だけ測定対象となる試料水が入れ替わることになり、正確にＴＯＣ値を測定することが難しい。このように、ＴＯＣ値を算出するために、同時刻にチャンバーの入口側で導電率が測定される試料水と、チャンバーの出口側で導電率が測定される試料水とが異なるため、ＴＯＣ値をリアルタイムで精度良く測定することが困難とされていた。
【００１８】
一方、ＴＯＣ計による測定を繰り返し行う場合、紫外線ランプを繰り返し点滅させることになり、特に、装置サイズが小型化され、容易に持ち運びすることができるＴＯＣ計により水のＴＯＣ値の測定を行う場合、複数の設置場所で順次測定を行うこともあり、測定を行う度に紫外線ランプが点灯及び消灯される。紫外線ランプに対する点灯及び消灯が長期間に亘って繰り返されると、紫外線ランプに封入されたガスを放電させるためのフィラメントに熱的なストレスが加わり、フィラメントの劣化が進行する。フィラメントが劣化した状態で紫外線ランプの点灯及び消灯を引き続き行った場合、フィラメントが断線し、紫外線ランプから試料水に紫外線を照射することができなくなる。また、ＴＯＣ計は常時振動にさらされる環境下で使用される場合もあり、この振動がフィラメントの断線の原因となることもある。
【００１９】
試料水に照射される紫外線の光源とされる紫外線ランプとしては、熱電子を利用して放電を発生させる熱陰極管方式のものが広く用いられており、紫外線ランプを点灯させる電源の一例として、インバータ安定器が用いられる場合もある。しかしながら、熱陰極管方式に使用されるインバータ安定器は、フィラメントが断線した状態では紫外線ランプを点灯させるための充分な電圧をフィラメントに印加することができない場合があり、紫外線ランプを長期間に亘って安定した状態で使用することができる技術も求められている。
【００２０】
よって、本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、測定対象である試料水の流量を制御することにより、正確なＴＯＣ値を常時測定することができる水質分析装置を提供することを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、紫外線を照射するために試料水が送り込まれるチャンバーの劣化を低減することにより、長期間に亘ってＴＯＣ値を正確に測定することができる水質分析装置を提供することを目的とする。さらに、組み立て時や使用時の反応器の破損を低減することができる水質分析装置を提供することを目的とする。
【００２２】
さらに、本発明は、ガラス管に比べて容易に成形することができ、且つ試料水に含まれる有機物を分解するための十分な紫外線を透過することが可能である反応器を備えることにより精度良くＴＯＣ値を測定することができる水質分析装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、別途反応器を備えることなく、簡単な構造を有すると共に試料水を流動させながら紫外線を照射することができるチャンバーを備えることにより、正確にＴＯＣ値を測定することができる水質分析装置を提供することを目的とする。
【００２４】
さらにまた、同一の試料水に対して、紫外線が照射される前後の導電率に基づいてＴＯＣ値を算出することにより、試料水を流しながら精度良くＴＯＣ値を測定することが可能となる水質分析方法を提供することを目的とする。
【００２５】
さらに、本発明は、フィラメントが断線した状態でも、長期間紫外線ランプを点灯及び消灯することを可能なものとし、ＴＯＣ値を長期間に亘って安定して測定することができる水質分析装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる水質分析装置は、測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、試料水に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、試料水の流量を制御するための流量制御手段とを有し、流量制御手段は、紫外線照射手段を含む試料水の流路において、流量が略一定になるように試料水の圧力を制御することを特徴とする。
【００２７】
このような本発明にかかる水質分析装置における流量制御手段は、圧力を減圧するための減圧弁を備える。減圧弁は水質分析装置が配設される工程から供給される試料水の圧力を低減し、試料水の流量を略一定に制御することができる。
【００２８】
さらにまた、このような本発明にかかる水質分析装置においては、流量制御手段が、試料水の注入部と試料水に含まれる炭素量を検出する炭素量検出手段との間の流路に配設されている。注入部と炭素量検出手段との間に配設された流量制御手段では、試料水の置換が迅速に行われると共に、ＴＯＣ値を測定する際の障害となる気泡の混入を低減することができる。
【００２９】
また、このような本発明にかかる水質分析装置は、流量制御手段から試料水を送り出す送出側には試料水に含まれる気泡を除去するための気泡除去手段が配設され、気泡除去手段は、流路から分岐された排出路に気泡を含む試料水を送り出すことにより気泡を排出する。このような気泡除去手段によれば、試料水にエアーが混入することによる流量のばらつきを低減し、且つＴＯＣ値を正確に測定することができる。
【００３０】
さらに、このような本発明にかかる水質分析装置においては、流量制御手段により圧力の制御が行われる際に圧力が過剰に減圧されることを制限する圧力制限手段が、排出路から気泡を含む試料水を排出する排出部に配設されている。このような圧力制限手段によれば、試料水の圧力が急激に低下する場合でも圧力を維持することができ、流量を略一定に保つことが可能となる。
【００３１】
また、本発明にかかる水質分析装置は、測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有し、紫外線照射手段は、試料水に紫外線を照射する光源と、試料水の流路とされると共に該試料水に含まれる有機物を分解するための反応器と、光源及び反応器を収納するチャンバーとを備え、光源及び反応器に臨むチャンバーの内壁は、酸化防止のための耐候性を有する樹脂により被覆されている。
【００３２】
このような本発明にかかる水質分析装置においては、チャンバーの内壁を被覆する樹脂として、紫外線照射に対して化学的に安定な樹脂とすることにより、チャンバーの内壁を十分に保護することができる。
【００３３】
さらにまた、このような本発明にかかる水質分析装置においては、反応器はガラス管とされると共に、反応器の端部は反応管が光源に対して巻回される軸方向に対して平行に引き出され、反応器に加わる衝撃や応力を低減することができる構造とされる。従って、長期間に亘るＴＯＣ値の測定を高い信頼性を維持しながら行うことが可能となる。さらに、反応器がガラス管とされる場合、装置を組み立てる際の衝撃や応力によるガラス管の破損を低減することができる。
【００３４】
また、このような本発明にかかる水質分析装置においては、紫外線照射手段は、チャンバーの端部を封止する封止部材を備え、封止部材はフッ素樹脂により形成される。このような封止部材によれば、反応器とされるガラス管と試料水の出入口とされる外部の流路との接続が容易に行えるだけでなく、チャンバーの密閉性を高めることができる。
【００３５】
さらに、このような本発明にかかる水質分析装置においては、反応管の端部と接続されるジョイント部は、チャンバーの端部を封止する封止部材の内部に埋め込まれている。このようなジョイント部によれば、試料水の漏洩又はチャンバー内への不純物の混入を低減することができる。
【００３６】
さらにまた、このような本発明にかかる水質分析装置においては、反応器は、紫外線を十分に透過させるフッ素樹脂により形成されていることを特徴とする。このような水質分析装置においては、試料水に含まれる有機物を分解する際の試料水の流路とされる反応器を所要の形状に容易に成形することができると共に、フッ素樹脂により形成された反応器は、試料水に含まれる有機物を分解するための十分な紫外線を透過させることができる。
【００３７】
さらにまた、本発明にかかる水質分析装置は、測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有し、紫外線照射手段は、試料水に紫外線を照射する光源と、光源を収納すると共に該チャンバーの内壁が酸化防止のための耐候性を有する樹脂により被覆されたチャンバーとを備え、光源とチャンバーとの間の空間を試料水に紫外線を照射する際の流路とすることを特徴とする。このような水質分析装置においては、チャンバーが別途反応管を備えることなく、チャンバーと紫外線を照射する光源との間の空間に試料水を流動させることにより、十分に試料水に紫外線を照射することが可能なり、測定されたＴＯＣ値の精度を高めることができる。
【００３８】
また、本発明にかかる水質分析装置は、測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、試料水に紫外線を照射するための光源とされる紫外線ランプと、紫外線ランプを点灯させるための点灯手段とを有し、前記点灯手段は、前記紫外線ランプの発光部に電子を放出するフィラメントが断線した際にも、前記紫外線ランプを点灯させるために十分な電圧を印加することを特徴とする。
【００３９】
このような本発明にかかる水質分析装置においては、点灯手段はインバータ回路を有し、インバータ回路により変換された点灯電圧をフィラメントに対して印加する。インバータ回路により変換され、フィラメントが断線した場合でも紫外線ランプに封入されたガスを放電させるために十分な電圧をフィラメントに印加する。このような紫外線ランプ及び点灯手段によれば、長期間に亘って紫外線ランプを点灯及び消灯させることが可能となり、安定した光源として水質分析装置に使用することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる水質分析方法は、測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析方法であって、試料水が該試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段により紫外線が照射される前に、試料水の導電率を測定する第一の測定工程と、紫外線照射手段により紫外線が照射された試料水の導電率を測定する第二の測定工程とを有し、第二の測定工程にて測定された試料水の導電率と、第二の測定工程にて試料水の導電率が測定された時刻から試料水が紫外線照射手段を含む流路を通過する際に要する通過時間だけ遡った時刻に第一の測定工程にて測定された試料水の導電率との差に基づいて、試料水に含まれる炭素量を算出する算出工程とを備えることを特徴とする。このような水質分析方法によれば、流動されながら測定される試料水に対しても、精度良くＴＯＣ値を測定することができる。
【００４１】
さらに、このような水質分析方法においては、第一の測定工程にて測定された試料水の導電率を記憶部に記憶させ、算出工程にて炭素量を算出する際に、第一の測定工程にて測定された試料水の導電率が記憶部から読み出されることを特徴とする。紫外線が照射される前に測定された導電率に関するデータを一旦記憶部に記憶させ、紫外線が照射された後に測定された導電率と記憶部から読み出された導電率とに基づいて試料水に含まれる正確な炭素量を算出することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
先ず、図１を参照しながら測定対象となる試料水に含まれる炭素量を検出するＴＯＣ計１の構成について説明する。尚、ＴＯＣ計１の構成の説明については基本的に図１を参照しながら行うが、流量制御手段としてのレギュレータ２０については、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
【００４４】
図１は、試料水に含まれる炭素量を検出するＴＯＣ計１の構成を模式的に示した構成図であり、ＴＯＣ計１は、測定対象となる試料水に紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｙｓ：ＵＶ）を照射するための紫外線照射手段としての紫外線照射部１０、及び試料水の流量を制御するための流量制御手段としてのレギュレータ２０とを備える。
【００４５】
さらに、ＴＯＣ計１は、レギュレータ２０に接続された気泡除去手段としてのＴ型ユニオン２５、試料水に含まれる炭素量を検出する炭素量検出手段としての導電率センサ３０、試料水の流量を測定する流量測定手段としてのフローメータ４０、ＴＯＣ計１に試料水を取り入れるための取水部４５、気泡を含む試料水を排出するための排出部４６、及び炭素量が測定された試料水を排出するための排水部４８を有する。
【００４６】
また、ＴＯＣ計１は、試料水が流れる流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆ、及びＴ型ユニオン２５により流路５１ｂから分岐された排出路５２ａ，５２ｂを備える。測定対象となる試料水は、取水部４５から供給され、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆを介して排水部４８から排出される。尚、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆ、及び排出路５２ａ，５２ｂはそれぞれ試料水を流すための配管とされるが、図中では配管を示さず、試料水の流れる向きのみを示している。
【００４７】
紫外線照射部１０は、紫外線を発生する紫外線ランプ１１、試料水の流路を形成する反応器、及びこれらを収納するチャンバー１２から構成される。尚、反応器は、チャンバー１２の外部からは見えないため図示していない。また、紫外線ランプ１１の発光部もチャンバー１２により外部から密閉されているため、紫外線ランプ１１の端部のみがチャンバー１２の両端から突出している。
【００４８】
紫外線ランプ１１は湿式紫外線酸化法に用いられ、試料水に含まれる有機物を酸化させるために十分な波長を有する紫外線を発生させるものであれば良く、ＴＯＣ計に汎用とされる紫外線ランプとされる。紫外線ランプ１１から発生される紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｙｓ：ＵＶ）の波長は、試料水に含まれる有機物を酸化させるために十分な波長であれば良いが、試料水に照射する紫外線としては、波長が可視光に近い方からＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、及びＵＶ−Ｃと分類される紫外線のうちの如何なる波長のものも用いることができる。また、比較的短波長であるＵＶ−Ｃを試料水に照射することにより試料水に含まれる有機物を十分に酸化させ、ＴＯＣ値を正確に測定することも可能である。
【００４９】
また、紫外線ランプ１１は、紫外線ランプに注入される水銀ガスの注入量によって分類される高圧紫外線ランプ、低圧紫外線ランプのいずれの紫外線ランプも用いることができ、必要とされる性能やコストに基づいて選択される。さらに、紫外線ランプ１１は保護チューブ１５で保護された配線と接続され、紫外線ランプ１１に対して点灯電圧を印加する点灯手段と電気的に接続されている。
【００５０】
さらに、図示しない反応器は、管状とされると共に紫外線ランプ１１で発生する紫外線が透過する材料を用いて形成される。また、反応器は、流路５１ｃとされる配管と接続部１４ａを介して接続された状態で、試料水が流される。試料水に含まれる有機物は反応器を流れる間に紫外線照射により酸化され、接続部１４ｂから流路５１ｄを介して導電率センサ３０に送られる。
【００５１】
測定対象となる試料水は、取水部４５から流路５１ａを介してレギュレータ２０に送られ、レギュレータ２０は、試料水の圧力を制御しながら気泡除去手段２５に試料水を送り出す。試料水の流量を制御するレギュレータ２０は、流体の圧力を制御するために広く用いられている汎用の圧力制御部品とされる。
【００５２】
また、レギュレータ２０は、試料水の圧力を制御するための減圧弁の如き圧力制御手段を備えている。レギュレータ２０は流体の圧力制御を行うための汎用の制御部品であるため、マスフローコントローラにより流量制御を行う場合に比べて装置全体のコストを低減できるだけでなく、ＴＯＣ計１の構成を簡単なものとすることができる。さらにまた、ＴＯＣ計１の修理も部品の交換だけで容易に済ますことが可能となる。
【００５３】
さらに、レギュレータ２０の内部は、流量のばらつきや炭素量を測定する際の障害となる気泡を滞留させる不要な空間が低減されており、気泡が混入した試料水を低減することができる。
【００５４】
取水部４５は、試料水をＴＯＣ計１に供給する外部配管と接続される。取水された試料水の圧力が変動することにより、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆを流れる試料水の流量が変動する場合には、レギュレータ２０が試料水の圧力を制御し、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆを流れる試料水の流量を略一定に維持する。特に、ＴＯＣ計１を各種工程に設置し、工程で使用される水から試料水をサンプリングすることにより試料水に含まれる炭素量を連続して測定する場合には、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆに一定の流量の試料水を連続して流すことができ、工程で使用される水の清浄度を常時管理することができる。
【００５５】
ここで、図１及び図２を参照しながら、レギュレータ２０について詳細に説明する。尚、図２は、レギュレータ２０の近傍の構成を示す要部構成図である。
【００５６】
レギュレータ２０と流路５１ａとされる配管とは、継ぎ手部２１を介して接続されている。継ぎ手部２１は、例えばＬ型ユニオンの如き汎用の継ぎ手を用いることができる。このような継ぎ手部２１は、試料水の漏洩及び試料水にエアーが混入することに生じる気泡を低減する目的に対して十分な密閉性を確保することができる。
【００５７】
レギュレータ２０から試料水を送り出す送出側には、気泡を含む試料水と気泡を殆ど含まない試料水とを分離し、試料水の流路を流路５１ｂと排出路５２ａに分岐させる気泡除去手段としてのＴ型ユニオン２５が取り付けられている。Ｔ型ユニオン２５は、一つの配管を２つの配管と接続することができる継ぎ手とされる汎用のものである。
【００５８】
Ｔ型ユニオン２５は、分岐された流路５１ｂを構成するチューブの内径と排出路５２ａを構成するチューブの内径に合わせて選択される。具体的には、流路５１ｂとされるチューブ２４ｂの内径、排出路５２ａとされるチューブ２３ｂの内径とを試料水の圧力の変動が殆ど生じないように設定することができる。
【００５９】
レギュレータ２０が備える減圧弁は、試料水の急激な圧力の変動を低減することができる。レギュレータ２０の内部構造は、気泡を滞留させる空間が低減された構造とされる。さらに、エアーが試料水に混入しないように試料水の流路及び排出路とされるチューブや配管のサイズが変更可能とされる。これらチューブ及び配管を接続する接続部が備えるバルブをＴＯＣ計１に供給される試料水の圧力条件に合わせて予め調整することもでき、ＴＯＣ計１を設置する工程では調整することが困難な圧力の変動に対しても、試料水の流量を略一定に保つことが可能となる。
【００６０】
また、炭素量の測定に誤差を生じさせる大きな原因の一つとしては、導電率センサ３０及び紫外線照射部１０に供給される試料水の流量変動が考えられ、図１に示すように、レギュレータ２０を取水部４５と導電率センサ３０との間の流路に配設することにより、導電率センサ３０及び紫外線照射部１０に供給される試料水の流量を精度良く制御し、試料水に含まれる炭素量を高い精度で連続して測定することが可能となる。
【００６１】
さらに、試料水を導電率センサ３０に送り出すレギュレータ２０の送出側には、気泡除去手段としてのＴ型ユニオン２５が取り付けられている。Ｔ型ユニオン２５は、エアーにより形成される気泡が殆ど除去された試料水を流路５１ｂを介して導電率センサ３０に送り出す。また、Ｔ型ユニオン２５は、気泡を含む試料水を流路５１ｂから分岐された排出路５２ａに送り出し、排出路５２ｂ、及び気泡を含む試料水を排出する排出部４６を介して排出する。
【００６２】
また、排出部４６には、レギュレータ２０と連係して試料水の圧力を略一定に保つための圧力制限手段としてのオリフィス４７が取り付けられており、オリフィス４７は、気泡を含む試料水を排出することにより流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆを流れる試料水の圧力が急激に低下することを制限する。
【００６３】
オリフィス４７は、配管内を通過する流体の流量を制限する汎用の部品である。オリフィス４７は、排出部４６を構成する配管内に取り付けられ、排出部４６から気泡を含む試料水が排出される際の圧力低下を制限し、流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆを流れる試料水の圧力の低下をレギュレータ２０が備える減圧弁と連係して抑制する。例えば、オリフィス４７は、試料水が急激に排水されないように、排出される試料水の排出量を制限する。
【００６４】
オリフィス４７は、配管の内径の形状に合わせた形状を有し、急激に試料水が排出されないための孔が形成されている。気泡を含む試料水は、オリフィスに形成された孔を通して排出され、急激に試料水が排出されることによる流路５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｆの圧力の低下が制限される。
【００６５】
導電率センサ３０は、試料水の導電率を測定し、該試料水に含まれる有機物量を求めることができる。導電率センサ３０は、紫外線が照射される前の試料水の導電率を測定し、更に紫外線を照射した後の試料水の導電率を測定する。このような導電率センサ３０によれば、紫外線照射前後の試料水の導電率の差に基づいて試料水に含まれる炭素量を算出することができる。
【００６６】
このような測定方法によれば、導電率センサ３０は、流路５１ｂから流れ込む試料水の導電率を測定した後、流路５１ｃを介して試料水を紫外線照射部１０に供給する。さらに、紫外線照射部１０により紫外線が照射された試料水を流路５１ｄを介して受け取り、導電率を測定する。このようにして、試料水を流動させながら紫外線照射前後の試料水の導電率を測定することにより、これら導電率の差に基づいて試料水に含まれる炭素量を測定することができる。
【００６７】
また、このような導電率センサ３０は、測定対象とされる試料水が超純水の如き不純物濃度が比較的低い水に対して導電率を測定できるものであれば如何なる測定原理、又構造を有するものでも良い。さらに、このような導電率センサ３０は、広範囲の不純物濃度を測定するものでも良く、測定対象とされる試料水は、上述の如き超純水に限定されない。
【００６８】
さらに、試料水の流量を測定する流量測定手段としてのフローメータ４０は、流路５１ｅを介して試料水を受け取り、流量が測定された試料水は順次流路５１ｆを介して排水部４８に送られ、ＴＯＣ計１の外部に排出される。
【００６９】
上述のように、レギュレータ２０の如き流量制御手段及びオリフィス４７の如き圧力制御手段を用いることにより、ＴＯＣ計１中を流れる試料水の流量を略一定に保つことができ、試料水を連続して流しながら試料水のＴＯＣ値を正確、且つ連続して測定することができる。さらに、これらレギュレータ２０やオリフィス４７は流体の圧力を制御するための汎用の制御部品であり、マスフローコントローラにより流量の制御を行う場合に比べて装置のコストを低減することもできる。
【００７０】
次に、図３（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、上述したＴＯＣ計に好適な紫外線照射手段の構成について説明する。
【００７１】
図３（ａ）は、紫外線照射手段とされる紫外線照射部６０を側方から見た構造図である。紫外線照射部６０は、紫外線を発生する紫外線ランプ６１、反応器とされると共に試料水の流路を形成する反応管６２、紫外線ランプ６１と反応管６２とを収納するチャンバー６３、及びチャンバー６３の端部を封止する封止部材６４から構成される。尚、封止部材６４は紫外線照射部６０の両端に配設され、紫外線照射部６０内を密閉する。
【００７２】
紫外線ランプ６１は、湿式紫外線酸化法を用いたＴＯＣ計に汎用とされる光源であり、チャンバー６３の長手方向に沿った略円筒形の外形を有する。紫外線ランプ６１は、測定対象である試料水に含まれる有機物を酸化することができる波長の紫外線を発生させることができれば如何なるものでも良い。また、紫外線ランプ６１の端部は、配線が収納された保護チューブ７１と接続され、紫外線ランプ６１は配線を介して点灯電圧が印加される。
【００７３】
反応管６２は、紫外線ランプ６１の発光部を巻回するスパイラル形状とされる。図中の反応管６２が巻回されるピッチは密であり、紫外線ランプ６１から出射される紫外線が反応管６２の中を流れる試料水に効率良く照射されるが、反応管６２は所要のピッチで巻回されていれば良い。また、反応管６２は、紫外線ランプ６１から出射される紫外線を透過させる材質で形成されていれば良い。
【００７４】
また、反応管６２をガラスで形成した場合には、反応管６２の端部６２ａは、反応管６２が巻回される軸方向に対して平行に引き出された形状を有している。紫外線照射部６０を組み上げる際には、反応管６２はチャンバー６３の両端を封止する封止部材６４により固定されるため、反応管６２が巻回される軸方向と直交する方向に反応管６２の端部が引き出されている場合に比べて反応管６２に加わる応力や衝撃を緩和することができ、ガラスにより形成された反応管６２の破損を低減することが可能となる。
【００７５】
チャンバー６３は、金属で形成された金属チャンバーであり、装置全体の軽量化を図るためにアルミニウムにより形成される。また、チャンバー６３の形状は、紫外線ランプ６１及び反応管６２を収納するために筒状とされる。チャンバー６３の内壁には、紫外線からチャンバー６３の内壁を保護するための樹脂層７２が形成されている。樹脂層７２は、紫外線からチャンバー６３の内壁を保護し、紫外線ランプ６１及び反応管６２の表面にチャンバー６３の内壁から剥がれ落ちる酸化アルミニウムが付着することを防ぐと共に、チャンバー６３の内壁が劣化することを低減する。樹脂層７２は、紫外線の如き短波長の光に対して化学的に安定である樹脂であれば如何なるものでも良いが、例えば、テフロン（登録商標）の如きフッ素樹脂により形成することができる。また、チャンバー６３の内壁に噴霧状のフッ素樹脂をコーティングすれば、簡単に樹脂層７２を形成することができる。
【００７６】
封止部材６４は、紫外線に対して化学的に安定な材質により形成されていれば良く、例えば、テフロン（登録商標）により形成されたテフロン（登録商標）ブロックを用いることができる。封止部材６４は、チャンバー６３の両端に嵌め込まれ、チャンバー６３を封止する。封止部材６４の反応管６２に臨む側には、反応管６２の巻回された部分が挿入される凹部６９が形成されている。また、凹部６９の内径は、反応管６２が巻回された外径と略等しくすることができる。封止部材６４は、反応管６２の端部６２ａのみによって反応管６２を固定するだけでなく、凹部６９により反応管６２のスパイラル形状を有する部分の端部を固定することもできる。これにより、組み立ての際の反応管６２の端部に加わる応力を低減することができ、例えばガラスにより形成された反応管６２の破損を低減することも可能となる。
【００７７】
ジョイント部６６は封止部材６４に埋め込まれ、紫外線照射部６０の内部を密閉する。反応管６２の端部がＯリング６５を介してジョイント部６６に挿嵌されていることで反応管６２の端部とジョイント部６６との間の密閉性を保つことができ、試料水の漏洩及び試料水へのエアーの混入を低減することも可能となる。
【００７８】
また、凹部６９が反応管６２に臨む面には、反応管６２の端部６２ａを挿嵌するための孔部７０が形成されている。反応管６２の端部を孔部７０に挿嵌することにより、反応管６２とジョイント部６６が接続される。ジョイント部６６には、試料水を給排水するためのチューブと接続するためのチューブフィッティング６７が取り付けられており、チューブフィッティング６７とジョイント部６６とを介して試料水が給排水される。
【００７９】
さらに、凹部６９の内径を反応管６２のスパイラル形状を有する部分の外径より大きめのサイズとしておくことにより、反応管６２の端部が孔部７０に挿嵌された状態で反応管６２を巻回方向に回転させることもでき、反応管６２の端部に加わる応力を低減することも可能となる。また、反応管６２がチャンバー６３の外部に突出していないため、装置の組み立て、メンテナンス及び修理の際の反応管６２の破損を低減することができ、紫外線照射部６０を安全に取り扱うことが可能となる。
【００８０】
また、図３（ｂ），（ｃ）は、紫外線照射部６０の端部の構成を示す図であり、それぞれＢ方向，Ｃ方向から見た端面図である。図３（ｂ），（ｃ）に示すように、紫外線照射部６０を構成するチャンバー６３の断面形状は、略四角形である。また、チャンバー６３の断面形状は略四角形に限定されることなく、略円状又はほぼ楕円状とすることもできる。チャンバー６３の断面形状を略円状又は略楕円状にすることにより、紫外線ランプ６１から出射された紫外線をチャンバー６３の内壁で反射し効率良く紫外線を試料水に照射することも可能となる。さらに、紫外線照射部６０を搭載したＴＯＣ計を軽量化し、充分に持ち運び可能なＴＯＣ計とするためには、チャンバー６３の管壁を形成するアルミニウムの厚みを１．５ｍｍ程度にしても良い。
【００８１】
また、反応管６２をガラスの如き材質で形成することなく、フッ素樹脂で形成されたチューブで置き換えた構造とすることもできる。
【００８２】
ガラスの代わりにフッ素樹脂により形成された反応管６２は、ガラスにより形成された場合に比べて衝撃や応力による破損が低減される。さらに、チューブの形状を自在に変形させることができるため、スパイラル形状に成形することも容易であり、反応管６２をスパイラル形状に成形するための高度な技術を要することなく、ガラス管を成形する場合に比べて低いコストで量産することもできる。
【００８３】
さらに、試料水に含まれる有機物を十分に分解することができる波長の紫外線に対する透過率が高いフッ素樹脂を選択することにより、反応管６２をガラスで形成した場合に比べて、高い精度で且つ効率良くＴＯＣ値を測定することが可能となる。
【００８４】
図４は、光の波長に対する光透過率を各種材質で比較したグラフであり、フッ素樹脂の一例であるテフロン（登録商標）ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ））のフィルムと窓ガラスとの光透過率を比較したグラフである。尚、テフロン（登録商標）ＦＥＰについては、フィルムの厚さを２水準（０．０２５ｍｍ、０．１２５ｍｍ）振って光透過率を比較した。
【００８５】
図４によれば、光の波長が０．３μｍ付近から短波長の領域で窓ガラスの光透過率が急激に低下するのに対して、テフロン（登録商標）ＦＥＰは０、０２５ｍｍ、及び０、１２５ｍｍのいずれの厚みにおいても光の波長が約０．３μｍから約０．１μｍ程度の範囲で９０％から１０％までの光透過率を有する。よって、紫外領域のうち短波長側では窓ガラスに比べてテフロン（登録商標）ＦＥＰの光透過率が高く、このような短波長を透過させる場合には、ガラスに比べてテフロン（登録商標）ＦＥＰが優れた光透過性を有することわかる。よって、反応管６２を形成するフッ素樹脂としてはテフロン（登録商標）ＦＥＰが好適とされるが、これに限定されず、試料水に含まれる有機物を十分に分解することができる波長を有する光を透過するフッ素樹脂であれば如何なるものでも良い。
【００８６】
また、反応管６２は、上述のように管状の反応部全体に紫外線を照射することができる構造に限定されず、反応管６２の一部に紫外線を透過させるための窓部が形成されたハウジング構造としても良い。
【００８７】
次に、本発明の水質分析装置の一例であるＴＯＣ計の別の例について図５を参照しながら説明する。本例のＴＯＣ計は、図１に示したＴＯＣ計と同様な構造を有するが、試料水に紫外線を照射する紫外線照射部８０は、試料水に紫外線を照射する紫外線ランプ８１と紫外線ランプ８１を収納するチャンバー８３とを備え、紫外線ランプ８１とチャンバーと８３の間の空間を試料水に紫外線を照射する際の流路とする構造を有する。
【００８８】
紫外線ランプ８１は、湿式紫外線酸化法を用いたＴＯＣ計に汎用とされる光源であり、チャンバー８３の長手方向に沿った略円筒形の外形を有する。紫外線ランプ８１は、測定対象である試料水に含まれる有機物を酸化することができる波長の紫外線を発生させることができれば如何なるものでも良い。また、紫外線ランプ８１の端部は、配線が収納された保護チューブ９１と接続され、紫外線ランプ８１には配線を介して点灯電圧が印加される。
【００８９】
チャンバー８３は、金属で形成された金属チャンバーであり、例えばアルミニウムにより形成される。また、チャンバー８３の形状は、紫外線ランプ８１を収納するために筒状とされる。チャンバー８３の内壁には、紫外線からチャンバー８３の内壁を保護するための樹脂層８２が形成される。樹脂層８２は、例えば、テフロン（登録商標）の如きフッ素樹脂により形成することができ、チャンバー８３の内壁を保護する。樹脂層８２は、シート状に成形されたものを貼り付けても良いし、チャンバー８３の内壁に樹脂層８２を形成する材料を噴霧して形成することもできる。
【００９０】
紫外線ランプ８１とチャンバー８３との間の空間９５は試料水の流路とされ、試料水は図中矢印方向に空間９５中を流れ、紫外線ランプ８１から紫外線を照射される。空間９５には、チューブフィッティング８７から供給されると共に紫外線が照射されていない試料水を封止部材８４に埋め込まれた供給部８６を介して供給口８８から供給される。供給部８６と封止部材８４とはＯリング８５の如き密閉部材を介して密着状態とされ、空間９５から試料水が外部に漏れることを抑制する。
【００９１】
試料水は空間９５中を流れながら封止部材９４に形成された送出口９６に到達し、封止部材９４に埋め込まれると共にＯリング９７を介して封止部材９４と密着状態とされる送出部９３を介して送り出される。さらに試料水は、チューブフィッティング９０に接続されたチューブの如き配管を介して導電率センサに送り出される。
【００９２】
すなわち、紫外線ランプ８１とチャンバー８３の間の空間９５に直接試料水を流すことにより、別途作成された反応管を紫外線照射部８０に取り付けることなく、簡単な構造で試料水を流動させながら紫外線の照射を行うことが可能となる。
【００９３】
次に、本発明の水質分析方法の一例としてのＴＯＣ値の測定方法について、図１、図６及び図７を参照しながら詳細に説明する。
【００９４】
図６は、本例のＴＯＣ値の測定方法を行う際に、測定対象とされる試料水の導電率に基づいてＴＯＣ値を算出する場合のデータの処理構成を示すブロック図である。
【００９５】
制御部１０１は、記憶部１０２、センサ部１０３及び流速測定部１０４から得られたデータを処理すると共に、所定のタイミングにて記憶部１０２、センサ部１０３及び流速測定部１０４からデータを取得する。さらに、所要のタイミングにて測定対象とされる試料水の導電率に関するデータを記憶部１０２に記憶させる。また、制御部１０１は、記憶部１０２、センサ部１０３及び流速測定部１０４から得られたデータに基づいて測定対象とされる試料水のＴＯＣ値を算出する。本例では、制御部１０１は、データ処理の制御及び取得した導電率に関するデータに基づいてＴＯＣ値を算出する役割を有するが、これらデータ処理の制御とＴＯＣ値の算出が別々に行われても良い。
【００９６】
記憶部１０２は、測定対象とされる試料水の導電率に関するデータを記憶する。例えば、一旦記憶部１０２に記憶され、再度制御部１０１によって読み出された導電率に関するデータと、制御部１０２によって新たにセンサ部１０３から取得された導電率に関するデータとに基づいて、制御部１０１でＴＯＣ値を算出することができる。
【００９７】
センサ部１０３は導電率センサとされ、試料水の導電率を測定すると共に測定された導電率に関するデータを制御部１０１に送る。
【００９８】
流速測定部１０４は、ＴＯＣ計内に流れる試料水の流速を測定し、流速に関するデータを制御部に送る。流速測定部１０４は、例えば、試料水の流路に接続されたフローメータと、フローメータで測定された流速に関するデータを制御部１０１との間で送受信するデータ通信部から構成される。
【００９９】
これら制御部１０１、記憶部１０２、センサ部１０３及び流速測定部１０４はＴＯＣ計に実装され、紫外線照射される前に測定された試料水の導電率に関するデータが一旦記憶部１０２に記憶される。そして、紫外線が照射された後に測定された試料水の導電率に関するデータが取得された際に、再度紫外線が照射される前に測定された試料水の導電率に関するデータが読み出されることにより、これら紫外線が照射される前後に測定された導電率に関するデータに基づいてＴＯＣ値を算出することが可能となる。
【０１００】
紫外線が照射される前の試料水の導電率に関するデータを読み出す際には、流速測定部１０４でモニターされている試料水の流速に基づいて、紫外線照射後に導電率を測定された試料水の紫外線を照射される前に測定された導電率に関するデータが読み出される。よって、同一の試料水に関する紫外線照射前後の導電率の差に基づいてＴＯＣ値を算出することができ、流動状態で測定対象とされる試料水のＴＯＣ値をリアルタイムで精度良く測定することが可能となる。
【０１０１】
さらに、図１及び図７を参照しながら、本例のＴＯＣ値の測定方法について詳細に説明する。
【０１０２】
ＴＯＣ計１内にて、流路５１ｂを介して紫外線が照射される前の試料水を導電率センサ３０に供給する（Ｓ１０）。次に、紫外線が照射される前の試料水の導電率を測定する（この工程を第１の測定工程と称す。）（Ｓ２０）。ここで、紫外線が照射される前の試料水の導電率に関するデータを一旦記憶部に記憶させる（Ｓ３０）。記憶部は、導電率センサ３０に実装されたメモリなどの記憶素子とすることができるが、別途記憶部をＴＯＣ計１に実装しておいても良い。導電率を測定された試料水を流路５１ｃを介して紫外線照射部１０に供給する（Ｓ４０）。次に、試料水に紫外線を照射する（Ｓ５０）。試料水に含まれる有機物は、紫外線により分解され、資料水の導電率は紫外線が照射される前に比べて変化することになる。さらに、試料水を流路５１ｄを介して導電率センサ３０に送出する（Ｓ６０）。ここで、紫外線が照射された後の試料水の導電率を測定する（この工程を第２の測定工程と称す。）（Ｓ７０）。また、フローメータ４０にて測定された試料水の流速に基づいて、試料水が流路５１ｃ、紫外線照射部１０、及び流路５１ｄを通過するために要する通過時間ｔを算出する（Ｓ８０）。そして、第２の測定工程が行われた時刻から通過時間ｔだけ遡った時刻に第１の測定工程にて取得された導電率に関するデータを読み出す（Ｓ９０）。これら手順を経た後、読み出された導電率に関するデータと第２の測定工程にて取得された導電率に関するデータとに基づいてＴＯＣ値を算出する（Ｓ１００）。
【０１０３】
このようなＴＯＣ値の測定方法によれば、第１の測定工程と第２の測定工程との間で異なる試料水に対して測定された導電率に基づいてＴＯＣ値を算出することなく、精度良くＴＯＣ値を測定することが可能となる。さらに、流動状態で測定対象とされる試料水のＴＯＣ値をリアルタイムで精度良く測定することが可能であることから、流動状態で使用される水の清浄度を管理するためには好適なＴＯＣ値の測定方法とされる。
【０１０４】
次に、本実施形態のＴＯＣ計に好適な紫外線ランプの点灯手段について説明し、本願発明者が行った試験結果を示す。尚、図８及び図９を参照しながら、ＴＯＣ計に使用される紫外線ランプについて好適な点灯手段の優位性を説明し、続いて、図１０にこの点灯手段を用いた紫外線ランプの試験結果を示す。
【０１０５】
図８及び図９は、紫外線ランプを点灯させるための電圧を印加する点灯手段の出力電圧を示す図である。図８は、紫外線ランプに点灯手段を接続した状態で測定した出力電圧の波形を示す図であり、これら出力電圧は、紫外線ランプのフィラメントが断線しない状態でフィラメントに印加される電圧に相当する。図８（ａ）はＴＯＣ計に使用される紫外線ランプに好適な点灯手段であるＤＣ入力インバータ安定器の出力波形、同図（ｂ）は従来の点灯手段であるＡＣ入力インバータ安定器の出力波形を示す図である。
【０１０６】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、入力電圧が直流（ＤＣ）２４Ｖ、出力電力が１５ＷであるＤＣ入力インバータ安定器の出力電圧波形と、入力電圧が交流（ＡＣ）１００Ｖ、出力電力８ＷであるＡＣ入力インバータ安定器の出力電圧波形とは、周波数は異なるが略等しいピーク電圧を有し、インバータ安定器はそれぞれ充分な点灯電圧を紫外線アンプに印加することができる。
【０１０７】
また、図９は紫外線ランプに点灯回路を接続しない状態で測定した出力電圧の波形を示す図であり、これら出力電圧は、紫外線ランプのフィラメントが断線した状態でフィラメントに印加される電圧に相当する。図９（ａ）は本実施形態のＴＯＣ計に好適な点灯手段であるＤＣ入力インバータ安定器の出力波形、同図（ｂ）は従来の点灯手段であるＡＣ入力インバータ安定器の出力波形を示す図である。
【０１０８】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、入力電圧が直流（ＤＣ）２４Ｖ、出力電力が１５ＷであるＤＣ入力インバータ安定器の出力電圧波形は、紫外線ランプに接続されていない場合でも、出力電圧は約２５０Ｖ程度であり、充分な点灯電圧を紫外線ランプに印加することができる。しかしながら、入力電圧が交流（ＡＣ）１００Ｖ、出力電力８ＷであるＡＣ入力インバータ安定器の出力電圧は約０Ｖであり、紫外線ランプを点灯させることができない。よって、紫外線ランプを点灯させるために充分な点灯電圧を印加することができる点灯手段を用いることにより、紫外線ランプが備えるフィラメントの一方が断線した状態でも放電を発生させることができ、長期間に亘って試料水に紫外線を照射することが可能となる。
【０１０９】
また、上述の点灯回路に好適な紫外線ランプは、冷陰極管又は熱陰極管の何れの点灯方式の紫外線ランプでも使用可能であるが、特に、上述の点灯回路により熱陰極管型式の紫外線ランプを点灯させる場合には、紫外線ランプが備えるフィラメントが電界放出型の電子放出を伴うようにすることができる。例えば、フィラメントに塗布されるエミッタ材料の材質又は塗布されたエミッタ材料の表面形状を電界が集中し易いものとし、点灯電圧が低電圧でも容易に放電させることができる構成にすることができる。従って、点灯手段により印加される点灯電圧が低い状態でも容易に紫外線ランプを点灯させることが可能となるとともに、一方のフィラメントが断線した状態でも電子を放出することができ、紫外線ランプ内で放電を発生させることが可能となる。
【０１１０】
【実施例】
［実施例１］
続いて、上述のＤＣインバータ安定器、又はＡＣインバータ安定器を電源とする紫外線ランプに関し、本願発明者等が行った試験について説明する。
【０１１１】
表１は、本願発明者等が試験を行った従来品及び開発品を構成する点灯手段としての電源の仕様を示す一覧である。また、表２及び図１０は、従来品及び開発品の試験結果を示す。尚、紫外線ランプのランプ電圧は定格電圧３０Ｖ±５Ｖ、ランプ電流の定格電流は０．３２±０．０５Ａ、ランプ電力の定格電力は約１０Ｗであり、紫外線ランプは熱陰極管型式の紫外線ランプを使用した。試験方法は、紫外線ランプに３分間電圧を印加した後３分間電圧を印加しないことにより、点灯しなくなるまで紫外線ランプを点滅させる試験方法である。このような試験方法により、紫外線ランプが点灯しなくなるまでの点滅回数を従来品と開発品とで比較する。
【０１１２】
【表１】

【０１１３】
表２は、試験を開始した後、紫外線ランプが点灯しなくなるまでの試験時間をまとめた一覧表である。また、図１０は、表２に示したデータをグラフ化した図であり、表１に示す従来品の紫外線ランプを２１個、開発品の紫外線ランプを６個試験した際の紫外線ランプが点灯しなくなるまでの点滅回数をグラフ化した図である。
【０１１４】
【表２】

【０１１５】
表２及び図１０に示すように、紫外線ランプが点灯しなくなるまでの点滅回数を比較すると、ＡＣインバータ安定器により点灯電圧を印加する従来品に比べて、ＤＣインバータ安定器により点灯電圧を印加する開発品は点灯しなくなるまでの点滅回数、つまり故障するまでの点滅回数が飛躍的に延びる傾向にある。また、開発品は点灯状態が不安定である期間を経て最終的に故障に至るが、この不安定な点灯状態は実使用上問題ない点灯状態である。
【０１１６】
本試験における開発品は、放電を発生させるためのフィラメントに塗布されるエミッタ材料及び塗布されたエミッタ材料の表面状態が電子を放出し易いものでありとともに、フィラメントに印加される出力電圧が従来品より高いため、安定して点灯させることができる期間を従来品に比べて延ばすことができる。
【０１１７】
さらに、不安定な点灯状態であっても実使用上問題ないレベルを維持しながら紫外線ランプを点灯させることもできる。開発品を構成する紫外線ランプ及び電源の組み合わせは、従来品を構成する紫外線ランプ及び電源の組み合わせに比べて、フィラメントから放電を発生させるための電子が放出され易くなっているだけでなく、一方のフィラメントが断線することにより電子が放出されにくい状態となっても放電を発生させるために充分な電圧が印加されていると考えられる。さらに、一方のフィラメントが断線した際に継続して電圧を印加することができる電源を使用することにより、実使用上問題ない点灯状態を長期間維持することが可能となる。
【０１１８】
このように、フィラメントに電子を放出させるための充分な電圧を印加し、且つフィラメントが断線した場合でも継続して電圧を印加することができる電源を使用することにより、長期間紫外線ランプを点灯させることができる。さらに、このように長期間紫外線を照射することができる紫外線ランプをＴＯＣ計に使用することにより、長期間連続してＴＯＣ値を測定することが可能となる。
【０１１９】
また、ＴＯＣ計を持ち運ぶ際の振動によりフィラメントが断線すること多いため、フィラメントが断線した状態でも放電を発生させることができる紫外線ランプ及び電源を備えるＴＯＣ計を持ち運んで、ＴＯＣ値の多点測定を行う場合でも長期間精度良くＴＯＣ値を測定することができる。
【０１２０】
さらに、上述の開発品を備えるＴＯＣ計によりＴＯＣ値を測定する際にはフィラメントの断線による故障を低減することができ、紫外線ランプを点灯させた積算時間に基づいて紫外線ランプの交換を行えば良い。よって、工程内で使用される水に含まれるＴＯＣ値を連続して測定する場合には、ＴＯＣ計を含む測定機器の管理及びメンテナンスを上述の積算時間に基づいて行えば良く、工程で使用される水の水質を管理するための管理機器のメンテナンスが容易なものとなる。
【０１２１】
［実施例２］
次に、本願発明者等が、ＴＯＣ計に用いられる反応管をフッ素樹脂で形成した場合に、紫外線照射により試料水に含まれる有機物を十分に分解することができるか否かを確認するために行った実験について説明する。具体的には、フッ素樹脂で形成されたチューブ内を流れる液体の試料に対し、チューブを介して紫外線を照射した場合の試料の分解率を調査した。
【０１２２】
尚、実験に使用したチューブは、四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）とパーフロロアルキルビニルエーテルの共重合体であるパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）にて形成され、チューブの長さが９ｍ、チューブの内容積が７ｍｌとされる。また、チューブは光源とされる紫外線ランプにスパイラル状に巻回された状態で紫外線が照射され、チューブ内に流す試料は、メタノール、エタノール、２−プロパノールの３種類の液体の試料とされる。また、これら試料の濃度はそれぞれ１ｐｐｍとされ、チューブ内における試料の流速は、１０ｍｌとされた。流速を制御する際には、Ｐｕｍｐ（ＢＰＨ−４７４Ｇ５００ｍｌ／ｍｉｎ．）を使用し、分解率を測定する際のＴＯＣ計としては、ＴＯＣ―５０００（島津製作所社製）を使用した。また、本実験は、恒温層中で一定の温度、湿度の環境下で行った。
【０１２３】
表３は、本実験の実験結果を示すものであり、各試料の分解率を示している。
【０１２４】
【表３】

【０１２５】
表３によれば、分解率は７８．７〜９３．２％であり、ＰＦＡにより形成されたチューブは十分に紫外線を透過していることがわかる。従って、ＴＯＣ計に使用する反応管としてＰＦＡの如きフッ素樹脂で形成されたチューブを使用することは十分可能であることが示された。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水質分析装置によれば、レギュレータの如き流量制御手段を試料水の流路に取り付けることにより、ＴＯＣ計の如き水質分析装置中を流れる試料水の流量を略一定に保つことができ、試料水を連続して流しながら試料水に含まれる有機物の如き不純物の濃度を正確に連続して測定することができる。
【０１２７】
さらに、レギュレータの如き流量制御装置がオリフィスの如き圧力制御手段とを共に用いることにより、ＴＯＣ計の如き水質分析装置中を流れる試料水の流量を略一定に保つことも可能であり、試料水を連続して流しながら有機物の如き不純物の濃度を正確に連続して測定することが可能となる。
【０１２８】
このようなレギュレータ及びオリフィスは流体の圧力を制御するための汎用の制御部品であり、マスフローコントローラにより流量の制御を行う場合に比べて装置のコストを低減することもできる。
【０１２９】
さらに、試料水に混入したエアーなどを気泡除去手段により除去することができ、ＴＯＣ値を精度良く測定することができると共に、試料水が気泡を含むことによる流量のばらつきを低減することができる。
【０１３０】
また、紫外線ランプを収納するチャンバーの内壁を樹脂で保護することにより、紫外線によるチャンバーの内壁の劣化を低減することができる。特に、装置を軽量化するためにチャンバーをアルミニウムで形成した際には、紫外線によるアルミニウムの劣化を低減することができる。さらに、アルミニウムが紫外線により酸化されて形成される酸化アルミニウムが紫外線ランプ又は反応管に付着することを低減することが可能となり、紫外線ランプから出射される紫外線を測定対象となる試料水に効率良く照射することが可能となる。
【０１３１】
さらにまた、フッ素樹枝の如き材質により反応管を形成することにより、試料水に含まれる有機物を十分に分解することができると共に、反応管の破損等を低減することができる。従って、長期間に亘って高い精度を有するＴＯＣ値の測定を行うことが可能となる。
【０１３２】
また、紫外線ランプと紫外線ランプを収納するチャンバーとの間の空間を試料水の流路とすることにより、簡単な構造を有するＴＯＣ計を用いたＴＯＣ値の測定を行うことができる。
【０１３３】
さらに、紫外線ランプを構成するフィラメントが放電を発生させ易い構造とされているだけでなく、一方のフィラメントが断線し、電子が放出されにくい状態となっても放電を発生させるために充分な電圧を印加することができる電源を使用することにより、紫外線を試料水に照射するための点灯状態を長期間維持することが可能となる。このような紫外線ランプ及び電源を備えるＴＯＣ計の如き水質分析装置によれば、ＴＯＣ値を長期間に亘って精度良く測定することができ、装置のメンテナンスも容易なものとなる。
【０１３４】
また、本発明の水質分析方法によれば、流動されながら測定される試料水に対しても、精度良くＴＯＣ値を測定することができ、各種工程が稼動状態でもリアルタイムで水の清浄度の管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＯＣ計の構成を示す概略構成図である。
【図２】レギュレータの近傍の構成を示す要部構成図である。
【図３】紫外線照射部の構造を示す構造図であり、（ａ）は側方からみた構造図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ側から見た端面図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ側から見た端面図である。
【図４】光の波長に対する光透過率を各種材質に関して比較した図である。
【図５】ＴＯＣ計の別の例の構造を示す構造図であって、紫外線照射部の構造を示す構造図である。
【図６】ＴＯＣ値の測定方法を説明するための図であって、データの処理構成を示すブロック図である。
【図７】ＴＯＣ値の測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】紫外線ランプに点灯手段を接続した状態における出力電圧波形を示す図であり、（ａ）は本発明にかかる水質分析装置に好適な点灯手段の出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は従来の点灯手段の出力電圧波形を示す図である。
【図９】紫外線ランプに点灯手段を接続しない状態における出力電圧波形を示す図であり、（ａ）は本発明にかかる水質分析装置に好適な点灯手段の出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は従来の点灯手段の出力電圧波形を示す図である。
【図１０】従来品と開発品との試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０，６０，８０紫外線照射部、１１，６１，８１紫外線ランプ、１２，６３，８３チャンバー、１４ａ，１４ｂ接続部、１５，７１，９１保護チューブ、２０レギュレータ、２３ｂ，２４ｂチューブ、２５気泡除去手段、２５Ｔ型ユニオン、３０導電率センサ、４０フローメータ、４５取水部、４６，５２ａ，５２ｂ排出部、４７オリフィス、４８排水部、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ流路、６２反応管、６４，８４，９４封止部材、６５，８５，９７Ｏリング、６６ジョイント部、６７，８７，９０チューブフィッティング、６９凹部、７０孔部、７２，８２樹脂層、８６供給部、８８供給口、９３送出部、９６送出口、１０１制御部、１０２記憶部、１０３センサ部、１０４流速測定部

Claims

測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、
前記試料水に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、
前記試料水の流量を制御するための流量制御手段とを有し、
前記流量制御手段は、前記紫外線照射手段を含む前記試料水の流路において、前記流量が略一定になるように前記試料水の圧力を制御すること
を特徴とする水質分析装置。
前記流量制御手段は、前記圧力を減圧するための減圧弁を備えること
を特徴とする請求項１記載の水質分析装置。
前記流量制御手段は、前記試料水の取水部と前記試料水に含まれる炭素量を検出する炭素量検出手段との間の流路に配設されていること
を特徴とする請求項１記載の水質分析装置。
前記流量制御手段から前記試料水を送り出す送出側には前記試料水に含まれる気泡を除去するための気泡除去手段が配設され、前記気泡除去手段は、前記流路から分岐された排出路に前記気泡を含む試料水を送り出すことにより前記気泡を排出すること
を特徴とする請求項１記載の水質分析装置。
前記流量制御手段により前記圧力の制御が行われる際に前記圧力が過剰に減圧されることを制限する圧力制限手段が、前記排出路から前記気泡を含む試料水を排出する排出部に配設されていること
を特徴とする請求項４記載の水質分析装置。
測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、
前記試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有し、
前記紫外線照射手段は、前記試料水に紫外線を照射する光源と、前記試料水の流路とされると共に該試料水に含まれる有機物を分解するための反応器と、前記光源及び前記反応器を収納するチャンバーとを備え、
前記光源及び前記反応器に臨む前記チャンバーの内壁は、酸化防止のための耐候性を有する樹脂により被覆されていること
を特徴とする水質分析装置。
前記チャンバーの形状は筒状であると共に前記チャンバーの断面形状が略円形、略楕円形又は四角形とされ、
前記光源の形状は、前記チャンバーの長手方向に延在する円筒形とされ、
前記反応器の形状は、前記光源を巻回するスパイラル形状とされる管状であること
を特徴とする請求項６記載の水質分析装置。
前記反応器はガラス管とされると共に、前記反応器の端部は該反応器が前記光源に対して巻回される軸方向に対して平行に引き出されていること
を特徴とする請求項７記載の水質分析装置。
前記紫外線照射手段は、前記チャンバーの端部を封止する封止部材を備え、前記封止部材はフッ素樹脂により形成されること
を特徴とする請求項８記載の水質分析装置。
前記紫外線照射手段は、前記反応器の端部と接続されるジョイント部を備え、前記ジョイント部は、前記封止部材の内部に埋め込まれていること
を特徴とする請求項９記載の水質分析装置。
前記反応器は、前記紫外線を十分に透過させるフッ素樹脂により形成されていること
を特徴とする請求項７記載の水質分析装置。
測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、
前記試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有し、
前記紫外線照射手段は、前記試料水に紫外線を照射する光源と、前記光源を収納すると共に該チャンバーの内壁が酸化防止のための耐候性を有する樹脂により被覆されたチャンバーとを備え、
前記光源と前記チャンバーとの間の空間を、前記試料水に紫外線を照射する際の流路とすること
を特徴とする水質分析装置。
測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析装置であって、
前記試料水に紫外線を照射するための光源とされる紫外線ランプと、
前記紫外線ランプを点灯させるための点灯手段とを有し、
前記点灯手段は、前記紫外線ランプの発光部に電子を放出するフィラメントが断線した際にも、前記紫外線ランプを点灯させるために十分な電圧を印加すること
を特徴とする水質分析装置。
前記点灯手段はインバータ回路を有し、該インバータ回路により変換された点灯電圧を前記フィラメントに対して印加すること
を特徴とする請求項１３記載の水質分析装置。
測定対象となる試料水に含まれる炭素量を測定する水質分析方法であって、
前記試料水が該試料水に紫外線を照射する紫外線照射手段により紫外線が照射される前に、前記試料水の導電率を測定する第一の測定工程と、
前記紫外線照射手段により紫外線が照射された前記試料水の導電率を測定する第二の測定工程とを有し、
前記第二の測定工程にて測定された前記試料水の導電率と、前記第二の測定工程にて前記試料水の導電率が測定された時刻から前記試料水が前記紫外線照射手段を含む流路を通過する際に要する通過時間だけ遡った時刻に前記第一の測定工程にて測定された前記試料水の導電率との差に基づいて、前記試料水に含まれる炭素量を算出する算出工程とを備えること
を特徴とする水質分析方法。
前記第一の測定工程にて測定された前記試料水の導電率を記憶部に記憶させ、前記算出工程にて前記炭素量を算出する際に、前記第一の測定工程にて測定された前記試料水の導電率が前記記憶部から読み出されること
を特徴とする請求項１５記載の水質分析方法。