大気中汚染物質捕集装置及び方法
【課題】捕集箇所を選ばず、パーティクルをフィルター上に捕集かつパーティクルの層別が可能で、同時にイオン性物質の液体捕集をも行うことができ、さらに安価である大気中の汚染物質捕集方法又は捕集装置を提供すること。
【解決手段】大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルター（１１，１３）をセットしたフィルターホルダー（１２，１４）と、インピンジャー（１９，２３）と、ポンプ（２６）とを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置。
【解決手段】大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルター（１１，１３）をセットしたフィルターホルダー（１２，１４）と、インピンジャー（１９，２３）と、ポンプ（２６）とを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の汚染物質の捕集装置及び方法に関し、詳しくは、大気中のガス状或いは微粒子状の汚染物質についてフィルター捕集および液体捕集を同時に行うための捕集装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハー、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体製品、コンピューター周辺装置の記憶装置であるＦＤＤ、光磁気ディスクドライブ、ＨＤＤ、ＭＲ（磁気抵抗効果式）ヘッド等、メモリ媒体であるＦＤ、ＨＤ等の電子部品、精密機械製品、光学製品、液晶等は極微小、極微量の汚染物で腐食、動作不良等の障害が起こるため、一般的にクリーンルーム内で製造・保管されている。
【０００３】
汚染物のうち、イオン性物質、パーティクルの管理は特に必須となっており、製造・保管環境中に存在する汚染源を見出し、効率的汚染防止対策を講じるためには、イオン性物質のイオン種の特定、濃度測定が必須である。また、パーティクルに関しても、パーティクル数の管理だけでなく、パーティクルの形状、組成分析が必須になっている。
【０００４】
また、上記製品分野以外に新素材、ファインケミカル、医薬品、包装材料、食品等においても、年々問題とされる異物のレベルは上昇し、ミクロンオーダーの異物が問題視されることがあるため、クリーンルーム、クリーンブース、パーティション等を設置した環境での製造・保管が当たり前になってきている。
【０００５】
上記イオン性物質としては、カチオンとしてナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アンモニウムイオン等が、アニオンとして塩素イオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、硫酸イオン等が測定対象イオンとなっている。
【０００６】
環境中のイオン性物質の捕集には、インピンジャーとミニポンプが用いられることが多く、ミニポンプは安価（５万円〜１０万円程度）で小さいため、捕集箇所を選ばないという利点がある。
【０００７】
上記パーティクルとは通常０．１〜１００μｍ程度の大きさの粒子の呼称であり、気中のパーティクル数を測定するには、光散乱式パーティクルカウンター、凝縮核式パーティクルカウンター、ファラデーカップ・エアロゾル・エレクトロメータ等が用いられるが、これらの測定機では単位体積当たりのパーティクル数濃度、粒径分布の情報しか得られず、計測の際の不確かさを含む可能性があることが知られている。
【０００８】
実在するパーティクルの数、形状、種類を特定するには、粘着シート、シリコンウェハーやフィルターへのトラップを行った後、顕微鏡観察や各種分析が行われる。粘着シート上へのパーティクル捕集は、数μｍ以上のパーティクルを対象とした静的な捕集であり、落下塵を捕集しているため、浮遊するパーティクルの捕集、観察、各種分析には向かない。またシリコンウェハー上への捕集は、エレクトロニクス分野の製品製造をしており、ウェハー検査機を所有している場合には好ましく用いられるが、パーティクル捕集、観察、分析時の取り扱い易さではフィルター捕集が優れている。
【０００９】
フィルター捕集に用いる集塵装置としては、比較的環境レベルが低い場合にはローボリュームサンプラー、環境レベルが高い場合にはハイボリュームサンプラーあるいはサイク
ロン式集塵機（例えば特許文献１参照）が用いられることが多いが、ローボリュームサンプラーでもハイボリュームサンプラーでも４０万円から６０万円程度の価格である。
【００１０】
現在、堀場製作所は、フィルター上に捕集したパーティクルをプラズマ発光分析で元素分析するパーティクルアナライザーＤＰ−１０００という装置を販売しており、非常に清浄度の高いクラス１０（空気清浄度、米国連邦規格ＦＥＤ−ＳＴＤ−２０９Ｄ；０．５μｍ以上の微粒子が１０個／ｆｔ3以下）以下のクリーンルームなどで捕集を行う場合には、サイクロン式集塵装置ＰＹ−３０００を用いることを推奨している。このサイクロン式集塵装置ＰＹ−３０００は、クリーンルーム内の空気を１２００Ｌ／ｍｉｎ．と大量に吸引するため、局所的な気中パーティクルの捕集に適さないと想定される上、装置自体が３１０（Ｗ）×４７５（Ｄ）×１０４０（Ｈ）ｍｍと大きく、重量が約４２ｋｇあるため、吸引用の２ｍホースが接続されていても、気中パーティクルを捕集できる場所には制限があると考えられる。
【００１１】
パーティクルは、捕集する場所の床からの高さや、装置や人からの距離、作業状態などによって変化するため、発生源の特定には局所的かつ一時的なパーティクル捕集を行えることが好ましいが、サイクロン式の場合、捕集箇所の変更にフレキシブルに対応することは不可能であり、サイクロン式集塵機を複数台所有し、製造ライン等が稼動しているときに複数箇所で同時にパーティクルを捕集することも難しいと考えられる。さらに、装置内を汚染するとクリーニングに非常に手間がかかり、フィルターは直径２５ｍｍを１枚しかセットできないため、パーティクル径による層別は不可能であり、価格も５００万円程度とかなり高価である。
【特許文献１】特開２００３−３０７４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の問題を考慮してなされたもので、捕集箇所を選ばず、パーティクルをフィルター上に捕集かつパーティクルの層別が可能で、同時にイオン性物質の液体捕集をも行うことができ、さらに安価である大気中の汚染物質捕集方法又は捕集装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するものとして、まず請求項１に係る発明は、
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーと、インピンジャーと、ポンプとを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置である。
【００１４】
また請求項２に係る発明は、
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項１記載の大気中汚染物質捕集装置であり。
【００１５】
また請求項３に係る発明は、
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーが２個以上接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の大気中汚染物質捕集装置である。
【００１６】
また請求項４に係る発明は、
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集装置である。
【００１７】
また請求項５に係る発明は、
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング方法であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーとインピンジャーとポンプとをこの順に接続することを特徴とする大気中汚染物質捕集方法である。
【００１８】
また請求項６に係る発明は、
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項５記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【００１９】
また請求項７に係る発明は、
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーを２個以上接続することを特徴とする請求項５又は６記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【００２０】
また請求項８に係る発明は、
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、捕集箇所を選ばず、パーティクルをフィルター上に捕集かつパーティクルの層別が可能で、同時にイオン性物質の液体捕集をも行うことができ、さらに安価である大気中の汚染物質捕集方法又は捕集装置を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の最良の一実施形態を説明する。
【００２３】
図１に示す本発明の大気中汚染物質捕集装置の一例は、メンブレンフィルター１１が１枚セットされたフィルターホルダー１２と、メンブレンフィルター１３が１枚セットされたフィルターホルダー１４と、フィルターホルダー１２と１４とを接続するコネクター１５と、フィルターホルダー１４とインピンジャー１９の長いインピンジャー管１７とを接続するプラスチック製チューブ１６と、長いインピンジャー管１７と短いインピンジャー管１８とを有するインピンジャー１９と、インピンジャー１９の短いインピンジャー管１８とインピンジャー２３の長いインピンジャー管２１とを接続するプラスチック製チューブ２０と、長いインピンジャー管２１と短いインピンジャー管２２とを有するインピンジャー２３と、インピンジャー２３の短いインピンジャー管２２と吸引ポンプ２６の吸入口２５とを接続するプラスチック製チューブ２４と、吸入口２５と排気口２７とを有する吸引ポンプ２６とを備えている。
【００２４】
パーティクルを層別する目的でフィルターホルダーを２個以上接続する場合、吸引上流側のメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１１）の孔径は、下流側のメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１３）よりも必ず大きくなくてはならない。
【００２５】
また、クラス１０以下等のクリーン環境でパーティクルを捕集する際には、吸引ポンプ２６の排気で捕集環境を汚染することのないように、排気口２７にカセット式のＨＥＰＡフィルターを接続し、フィルターを通した排気をクリーンルームのグレーチングから放出することが好ましく行われる。
【００２６】
前記大気中汚染物質捕集装置に用いるフィルターホルダーとしては、ステンレス等の金属製やプラスチック製のもの等が使用可能であるが、特にはポリプロピレン（以下ＰＰとも云う）製等のプラスチック製ホルダーが、低価格、扱い易さ、汚染された場合の廃棄のし易さから好ましく用いられ、例えば、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製プラスチックホルダーＰＰシリーズ等が用いられる。
【００２７】
フィルターホルダーの一例を、図２の全体図及び図３の分解図に基づいて説明する。図中に示されるように、フィルターホルダーは、吸引上流側から順に、ロッキングナット３１と、ナット用Ｏ−リング３２と、インレット３３（先端エアー吸引口部）と、トップカバー３４（トッププレート）と、サボートスクリーン３５と、フィルター押さえＯ−リング３６と、サポートスクリーン３７と、ベースプレート用Ｏ−リング３８と、ベースプレート３９と、アウトレット４０（後端エアー吸引口部）と、チューブコネクター４１とを備え、トップカバー３４とサボートスクリーン３５との間に、メンブレンフィルターがセットされるものである。
【００２８】
図中に示されるように、フィルターホルダーはオープンフェース型でなく、トップカバー（あるいはトッププレート）を有するものが好ましい。このようなフィルターホルダーは本来、液体ろ過用であり、通常、液体をろ過する際にはトップカバー３４に設けられたインレット３３にチューブ等を接続して、ろ過したい液体を流すが、本発明においては、トッププレートに設けられたインレット（以下、吸引口とする）部分からエアーを吸引して、気中パーティクルを吸引することを特徴としている。
【００２９】
また、アスベスト捕集等に用いられるオープンフェース型は、フィルター表面が露出しているため、実際の気中パーティクル捕集時までに汚染される懸念があり、本発明の気中パーティクル捕集装置には適さない。
【００３０】
前記大気中汚染物質捕集装置に用いるメンブレンフィルターとしては、パーティクルの顕微鏡観察に適した貫通孔を有するポリカーボネート製が好ましく用いられる。メンブレンフィルターの直径は一般的に１３ｍｍ未満、１３ｍｍ、２５ｍｍ、４７ｍｍなどであるが、本発明に用いるフィルター直径は２５ｍｍ以下が好ましい。その理由として、イオン性物質を捕集するときの吸引ポンプ吸引量は０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ．程度であるため、直径４７ｍｍのフィルターでは吸引力不足が懸念されることが挙げられる。また、ポリカーボネート製フィルターの孔径は一般的に０．１、０．２、０．４、０．８、８．０μｍであるが、目的に応じ、０．２μｍと０．８μｍ、０．８μｍと８．０μｍのように組み合わせて、パーティクルを層別することが好ましく行われる。
【００３１】
市販されている気中パーティクルカウンターは粒径０．１μｍ程度から１００μｍ程度を測定するものが多いので、気中パーティクルカウンターとフィルター上に捕集されるパーティクルの相関を取りたいときには、パーティクルカウンターのチャンネルとメンブレンフィルターの孔径を合わせ、各装置の流量を合わせることが好ましく行われる。使用するメンブレンフィルターの孔径と吸引量の決定に際しては、メンブレンフィルターの圧力損失を考慮することが好ましい。
【００３２】
フィルター捕集したパーティクルの有機分析を第一の目的とする時には、ポリカーボネート製メンブレンフィルターではラマン分光分析時のレーザー等でフィルターを損傷する場合がある。そのような場合には、パーティクルの観察は難しくなるが、他の材質のフィルターを用いることも好ましく行われる。
【００３３】
前記吸引ポンプ２６の吸引量は０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ．程度が好ましい。吸引量が少な
い場合には、フィルター上にパーティクルが捕集できない場合があり、吸引量が多い場合にはメンブレンフィルターを破損する場合があるので、事前に確認をすることが好ましく行われる。市販されている気中パーティクルカウンターは最小測定粒径０．１μｍ、吸引量０．３〜３０Ｌ／ｍｉｎ．程度のものが多いため、前述したように、気中パーティクルカウンターの吸引量とフィルター捕集の吸引量を合わせることも好ましく行われる。
【００３４】
吸引ポンプ２６としては、ミニポンプと呼ばれるダイヤフラム式の定流量機能を内蔵する吸引ポンプが好ましい。このような吸引ポンプは、オイルや水を使用しないため、捕集箇所が限定されることなく、クリーンルーム内で捕集する場合にも捕集箇所を汚染する可能性が低い。また、ミニポンプの重量は１ｋｇ以下であり、フィルターホルダー等は軽量であるため、本発明の捕集装置は持ち運び、設置が非常に簡単である利点がある。
【００３５】
チューブは、リークのない口径の合ったプラスチック製チューブが用いられ、タイゴンチューブ、シリコンチューブ、テフロン（登録商標）チューブ、ＰＰチューブ等が用いられる。特に清浄度の高いクリーンルーム内で捕集を行う場合、パーティクルやイオン性物質の溶出が少ないテフロン（登録商標）チューブを用いることが好ましく行われる。
【００３６】
インピンジャーとしては、石英ガラス製、ケイ酸ガラス製、プラスチック製のもの等が使用可能であるが、イオン性物質の溶出が少ないことから、特に好ましく用いられるのは、パーフルオロアルコキシアルカン（四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下ＰＦＡ）製で容量１００ｍｌ程度のインピンジャーである。
【００３７】
一般的に、大気捕集におけるインピンジャー法とは、インピンジャー内に純水を入れ、吸引ポンプを用いて一定時間雰囲気を吸引し、純水に雰囲気中の不純物をバブリング水捕集する方法である。
【００３８】
本発明においても、インピンジャーには水を入れ、イオン性物質を捕集するが、その際、純水以上の水を用いることが好ましい。特に清浄度の高いクリーンルーム内で捕集を行う場合、容器からの溶出イオンを避けるため、超純水を用いることが好ましく、超純水の比抵抗は１８．０ＭΩ・ｃｍ以上、測定対象イオンの濃度は１ｐｐｂ以下で、粒径０．３μｍ以上のパーティクル数が２個／ｍｌ以下であることが好ましい。さらに好ましくは比抵抗１８．２ＭΩ以上、０．０５μｍのパーティクル数が１個／ｍｌ以下の超純水である。
【００３９】
また、図１に示すように、２個以上のインピンジャーを接続し、捕集効率を上げることも好ましく行われる。
【００４０】
以下に、大気中汚染物質捕集装置の洗浄、組み立てから大気中汚染物質の捕集、捕集済みメンブレンフィルター、インピンジャー内捕集水の回収までの手順を詳細に述べる。
【００４１】
第一に、本発明の大気中汚染物質捕集装置をクリーンルーム内で使用する場合には、大気中汚染物質捕集装置に付着しているパーティクルを環境から捕集したパーティクルと区別するため、メンブレンフィルター、フィルターホルダー、チューブ、インピンジャーの洗浄、吸引ポンプの清拭を行うことが好ましい。特に、メンブレンフィルターには合い紙の繊維が付着していることがあり、パーティクル観察、分析時に捕集したパーティクルと誤判断しないためにも、洗浄が必要である。
【００４２】
その場合、クラス１０００（空気清浄度、米国連邦規格ＦＥＤ−ＳＴＤ−２０９Ｄ；０．５μｍ以上の微粒子が１０００個／ｆｔ3以下）以下のクリーンルーム内で、比抵抗１８．２ＭΩ以上、０．０５μｍのパーティクル数が１個／ｍｌ以下の超純水を用いて、メ
ンブレンフィルター、フィルターホルダー、チューブを洗浄することが好ましい。
【００４３】
まず、メンブレンフィルターは、超純水を入れたガラス製容器内で、中の超純水を入れ替えては３回以上洗浄するか、超純水洗浄済みのガラス製ろ過装置にセットするなどして、超純水で３回以上洗浄する。洗浄済みのメンブレンフィルターは超純水洗浄済みのシャーレ等容器に入れて、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させる。
【００４４】
フィルターホルダーは解体し、各部品を超純水洗浄した後、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させるか、クリーンエアを供給できるエアガンで乾燥させる。
【００４５】
解体した乾燥済みのフィルターホルダーに、乾燥済みのメンブレンフィルターを、組み立て向きに注意してセットし、各組立部品を順に組み合わせてフィルターホルダーを組み立てた後、該フィルターホルダーを、パーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。クリーンエア吸引口（インレット３３）、排気口用チューブは超純水で５分間以上、流水洗浄し、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させるか、クリーンエアを供給できるエアガンで乾燥させる。これらもパーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。
【００４６】
インピンジャーは、容器に超純水を入れ、蓋をしめた状態で１００回以上振とうし、中の超純水を捨てた後、新たに超純水を蓋すれすれまで満たしておく。
【００４７】
吸引ポンプはクリーンルーム用のダストの少ないクロスを前述の超純水に浸し、清拭した後、パーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。
【００４８】
上記、洗浄手順はあくまで目安であり、実際の捕集を実施する前に、一連の洗浄手順を経たメンブレンフィルターを観察した際に、コンタミネーションがないこと、超純水中のイオン濃度を確認することが好ましく行われる。
【００４９】
第二に、大気中汚染物質捕集箇所で装置を組み立てる。クリーンルーム内で捕集する場合には、パスボックス等を使用して各部品を持ち込み、捕集箇所で各クリーンバッグを開封して、装置を組み立てることが好ましい。
【００５０】
まず、吸引ポンプ（図１では吸引ポンプ２６）に吸入口用チューブ（図１では吸入口２５用チューブ２４）を取り付ける。クラス１０以下のような非常に清浄度の高い環境で捕集を行う場合には、吸引ポンプ２６の排気口２７にカセット式フィルターを取り付け、グレーチングを通して排気することが好ましく行われる。
【００５１】
次に、インピンジャーの中の超純水を一定量にし、上蓋を２つの長さの違う管が入った蓋に変更する。サンプリングチューブが入った二個以上のインピンジャー（図１ではインピンジャー１９、２３）を連結する場合にはインピンジャー間をチューブ（図１ではチューブ２０）で連結してから、最終段捕集用のインピンジャー（図１ではインピンジャー２３）を吸入口用チューブ（図１では吸入口２５用チューブ２４）に接続する。
【００５２】
さらに、二個以上のフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１２、１４）を連結する場合には連結ジグ（図１ではコネクター１５）で接続し、孔径の小さいメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１３）がセットされたフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１４）を１段目のインピンジャー（図１ではインピンジャー１９）にチューブ（図１ではチューブ１６）で接続する。フィルターホルダー間は連結ジグだけでなく、チューブを挟んでも構わない。
【００５３】
第三に、汚染物質を捕集する場所を決め、吸引上流側の先端にあるフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１２）のトップカバー３４中央の吸入口（インレット３３）部分が汚染物質を捕集したい方向へ向けられるように、フィルターホルダー、インピンジャー、チューブを、必要に応じてテープで捕集箇所の造作材や支持フレームなどに固定する。クリーンルーム内で捕集を行う場合には、クリーンテープを用いることが好ましい。
【００５４】
次に、吸引ポンプの電源を入れる。吸引量が設定量通りになっているか確認する。同時にパーティクルカウンター測定を行う場合には、それを実施する。
【００５５】
パーティクルは、捕集する場所の床からの高さや、装置や人からの距離、作業状態などによって変化するため、発生源の特定には局所的かつ一時的なパーティクル捕集を行うことが好ましい。
【００５６】
本発明の大気中汚染物質捕集装置、及びその捕集装置を用いた捕集方法は、吸引ポンプさえ設置できれば、どこでも捕集可能である。例えば、高さを変えて捕集することも簡単にできるし、内外で大気中汚染物質環境が異なるクリーンブース、クリーンユニット、クリーンベンチ等の評価も簡便である。機械のユニット毎に、発塵やイオン性物質の種類が異なると想定される場合には、ユニット毎に複数台の捕集装置を用意して、同時捕集すればいいし、機械が稼動している間だけ大気中汚染物質を短時間でも長時間でも捕集可能である。イオン性物質の捕集条件としては、１分間当り２Ｌで６０分間、計１２０Ｌ程度が一般的であろう。
【００５７】
次に、設定した捕集時間が経過したら、吸引ポンプの電源をＯＦＦにするか、積算吸引量等を入力し、それを満たしたら自動で電源ＯＦＦになる吸引ポンプもある。捕集済みメンブレンフィルターはフィルターホルダーから出さずにクリーンバッグに入れ、観察・分析時まで密封しておく。インピンジャーは上蓋を密閉できる蓋に替え、測定時まで密封しておく。
【００５８】
参考までに、ＰＰ製フィルターホルダー２個とＰＦＡ製インピンジャー２個と５Ｌ／ｍｉｎ．まで吸引可能なミニポンプの合計金額は約１５万円であり、この他に吸引口用チューブ、メンブレンフィルター、クリーンルーム内捕集の場合には排気口用チューブ、カセット式フィルター等が必要になるが、合計しても非常に安価である。
【００５９】
本発明の捕集装置を用い、気中パーティクルを捕集したメンブレンフィルターは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による形状観察およびパーティクル数カウントが好ましく行われる。ＳＥＭに併設されることが多いエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）による元素分析やオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、蛍光Ｘ線分析、荷電粒子冷機Ｘ線検出法、ラザフォード後方散乱分析、も好ましく行われる。また、有機分析ではフーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）やラマン分光分析による分析も好ましく行われる。
【００６０】
本発明の捕集装置を用い、イオン性物質を捕集した水は、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）によるイオン濃度測定を行う。ＩＣ以外にも液体クロマトグラフ（ＬＣ）、キャピラリー電気泳動、原子吸光光度分析（ＡＡＳ）や結合誘導プラズマー−質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）等の各種分析を行うことが可能である。
【実施例】
【００６１】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限られるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
食品包装用フィルムを製造加工する工場内において、カーテンで仕切られたクリーンユニット外の一般環境（床からの高さ４５ｃｍ）（捕集箇所１）と、ＨＥＰＡフィルター設置クリーンユニット内に設置されたＴ台押し出し加工機のそば（床からの高さ４５ｃｍ）（捕集箇所２）の２箇所に、吸引上流側のフィルターホルダーには直径２５ｍｍ、孔径８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルターを、下流側のフィルターホルダーには直径２５ｍｍ、孔径０．８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルターをセットし、コネクタで連結したものと、５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー１個と、ミニポンプとをそれぞれシリコンチューブで接続した捕集装置を設置した。トップカバー３４の吸引口（インレット３３）は直径４．５ｍｍである。装置を構成する各部品の事前は洗浄行わなかった。大気中汚染物質は２Ｌ／ｍｉｎ．で１時間捕集した。
【００６３】
捕集開始時から終了まで、光散乱型気中パーティクルカウンターで１時間に１回測定した平均値は、捕集箇所１で０．５μｍが４２００００個／ｆｔ3、捕集箇所２で０．５μｍが２２００００個／ｆｔ3であり、捕集している間、押し出し加工機は稼動していた。
【００６４】
捕集したメンブレンフィルターをＳＥＭ観察したところ、孔径０．８μｍのフィルターでもフィルター孔に損傷はなく、クリーンユニット外の捕集箇所１では孔径８μｍ、０．８μｍのそれぞれのメンブレンフィルターともに観察されるパーティクルが多く、クリーンユニット内の捕集箇所２ではパーティクルが少ない傾向が確認された。８μｍ孔径メンブレンフィルターをＳＥＭ観察倍率５００倍で５箇所観察した結果から、環境中の１０μｍ以上のパーティクル数を計算した結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
表１の結果より、パーティクルカウンターでの測定結果でもパーティクル数が多い捕集箇所１は捕集箇所２に比較し、ＳＥＭ観察でも多くのパーティクルが観察され、その差異は明らかだった。
【００６６】
ＳＥＭに併設されているＥＤＸで、フィルター上に捕集されたパーティクルのうち、孔径８μｍメンブレンフィルター上の１０μｍ以上のパーティクルと、孔径０．８μメンブレンフィルター上の１μｍ以上のパーティクル各３個について、元素分析を行った結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
表２の結果より、パーティクルの種類は、捕集箇所１では酸化鉄、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ等他の元素を多数含む無機物あるいは無機物と有機物が複合したパーティクルが多いが、捕集箇所２ではほとんどが有機物で、形状から樹脂と推定され、その種類が異なることがわかった。
【００６８】
捕集したインピンジャー内の水について、イオンクロマトグラフ測定を行った結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】
表３の結果より、捕集箇所１と２とではケミカルフィルター等の対策を施していないため、捕集箇所１と２との両方でＮＨ4イオンやＳＯ4イオンの濃度が高く、イオン濃度にはほとんど違いがないことがわかった。
＜実施例２＞
クラス１００のダウンフロー式クリーンルーム内のカラーフィルター製造ライン内にお
いて、捕集箇所１（床からの高さ４５ｃｍ）、捕集箇所２（床からの高さ１３５ｃｍ）の２箇所で図１に示す大気中汚染物質捕集装置を設置した。なお、捕集箇所２の近傍にはスポット用ＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されている。
【００７０】
大気中汚染物質装置を構成する各部品は事前にクラス１００のクリーンルーム内で超純水洗浄を行い、クリーンバッグに入れて、インパルスシールしたものを、捕集直前に開封し、装置を組み立てた。
【００７１】
吸引上流側のフィルターホルダー１２には直径２５ｍｍ、孔径０．８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルター１１を、下流側のフィルターホルダー１４には直径２５ｍｍ、孔径０．２μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルター１３をセットしてコネクタ１５で連結したものと、５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー１９と、同じく５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー２３と、吸引ポンプ２６とを、それぞれシリコンチューブ１６、シリコンチューブ２０、シリコンチューブ２４で接続した。トップカバー３４の吸引口（インレット３３）は直径４．５ｍｍである。大気中汚染物質は２Ｌ／ｍｉｎ．で１時間捕集した。
【００７２】
捕集開始から終了まで、光散乱型気中パーティクルカウンターで１時間に１回測定したところ、平均で、捕集箇所１は０．３μｍが３０００個／ｆｔ3、捕集箇所２は０．３μｍが９０個／ｆｔ3だった。捕集している間、装置は稼動と停止を繰り返した。
【００７３】
捕集箇所１、２ともにフィルター上に捕集されたパーティクルは少なく、個数の比較はしなかったが、孔径０．２μｍのフィルターでも、フィルター孔に損傷はなかった。ＳＥＭに併設されているＥＤＸで、孔径０．８μｍフィルター上に捕集された１μｍ以上のパーティクルのうち各３個について、元素分析を行った結果を表４に示す。
【００７４】
【表４】
表４の結果より、パーティクルの種類は、捕集箇所１ではＭｇ，Ｆｅ等からなる無機系が多く、捕集箇所２では有機物で、その形状から樹脂と推定され、捕集箇所により、パーティクルの形状、組成が異なることが確認できた。
【００７５】
捕集したインピンジャー内の水について、イオンクロマトグラフ測定を行った結果を表５に示す。
【００７６】
【表５】
表５の結果より、近傍にＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されている捕集箇所２では、ＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されていない捕集箇所１よりかなりＮＨ4濃度が低いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】大気中汚染物質捕集装置の一例を示す図。
【図２】フィルターホルダーの一例を示す図。
【図３】フィルターホルダーの一例の分解図。
【符号の説明】
【００７８】
１１…メンブレンフィルター
１２…フィルターホルダー
１３…メンブレンフィルター
１４…フィルターホルダー
１５…コネクター
１６…チューブ
１７…インピンジャー管（長い）
１８…インピンジャー管（短い）
１９…インピンジャー
２０…チューブ
２１…インピンジャー管（長い）
２２…インピンジャー管（短い）
２３…インピンジャー
２４…チューブ
２５…吸入口
２６…吸引ポンプ
２７…排気口
３１…ロッキングナット
３２…ナット用Ｏ−リング
３３…インレット（吸引口）
３４…トップカバー（トッププレート）
３５…サポートスクリーン
３６…フィルター押さえＯ−リング
３７…サポートスクリーン
３８…ベースプレート用Ｏ−リング
３９…ベースプレート
４０…アウトレット
４１…チューブコネクター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の汚染物質の捕集装置及び方法に関し、詳しくは、大気中のガス状或いは微粒子状の汚染物質についてフィルター捕集および液体捕集を同時に行うための捕集装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハー、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体製品、コンピューター周辺装置の記憶装置であるＦＤＤ、光磁気ディスクドライブ、ＨＤＤ、ＭＲ（磁気抵抗効果式）ヘッド等、メモリ媒体であるＦＤ、ＨＤ等の電子部品、精密機械製品、光学製品、液晶等は極微小、極微量の汚染物で腐食、動作不良等の障害が起こるため、一般的にクリーンルーム内で製造・保管されている。
【０００３】
汚染物のうち、イオン性物質、パーティクルの管理は特に必須となっており、製造・保管環境中に存在する汚染源を見出し、効率的汚染防止対策を講じるためには、イオン性物質のイオン種の特定、濃度測定が必須である。また、パーティクルに関しても、パーティクル数の管理だけでなく、パーティクルの形状、組成分析が必須になっている。
【０００４】
また、上記製品分野以外に新素材、ファインケミカル、医薬品、包装材料、食品等においても、年々問題とされる異物のレベルは上昇し、ミクロンオーダーの異物が問題視されることがあるため、クリーンルーム、クリーンブース、パーティション等を設置した環境での製造・保管が当たり前になってきている。
【０００５】
上記イオン性物質としては、カチオンとしてナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アンモニウムイオン等が、アニオンとして塩素イオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、硫酸イオン等が測定対象イオンとなっている。
【０００６】
環境中のイオン性物質の捕集には、インピンジャーとミニポンプが用いられることが多く、ミニポンプは安価（５万円〜１０万円程度）で小さいため、捕集箇所を選ばないという利点がある。
【０００７】
上記パーティクルとは通常０．１〜１００μｍ程度の大きさの粒子の呼称であり、気中のパーティクル数を測定するには、光散乱式パーティクルカウンター、凝縮核式パーティクルカウンター、ファラデーカップ・エアロゾル・エレクトロメータ等が用いられるが、これらの測定機では単位体積当たりのパーティクル数濃度、粒径分布の情報しか得られず、計測の際の不確かさを含む可能性があることが知られている。
【０００８】
実在するパーティクルの数、形状、種類を特定するには、粘着シート、シリコンウェハーやフィルターへのトラップを行った後、顕微鏡観察や各種分析が行われる。粘着シート上へのパーティクル捕集は、数μｍ以上のパーティクルを対象とした静的な捕集であり、落下塵を捕集しているため、浮遊するパーティクルの捕集、観察、各種分析には向かない。またシリコンウェハー上への捕集は、エレクトロニクス分野の製品製造をしており、ウェハー検査機を所有している場合には好ましく用いられるが、パーティクル捕集、観察、分析時の取り扱い易さではフィルター捕集が優れている。
【０００９】
フィルター捕集に用いる集塵装置としては、比較的環境レベルが低い場合にはローボリュームサンプラー、環境レベルが高い場合にはハイボリュームサンプラーあるいはサイク
ロン式集塵機（例えば特許文献１参照）が用いられることが多いが、ローボリュームサンプラーでもハイボリュームサンプラーでも４０万円から６０万円程度の価格である。
【００１０】
現在、堀場製作所は、フィルター上に捕集したパーティクルをプラズマ発光分析で元素分析するパーティクルアナライザーＤＰ−１０００という装置を販売しており、非常に清浄度の高いクラス１０（空気清浄度、米国連邦規格ＦＥＤ−ＳＴＤ−２０９Ｄ；０．５μｍ以上の微粒子が１０個／ｆｔ3以下）以下のクリーンルームなどで捕集を行う場合には、サイクロン式集塵装置ＰＹ−３０００を用いることを推奨している。このサイクロン式集塵装置ＰＹ−３０００は、クリーンルーム内の空気を１２００Ｌ／ｍｉｎ．と大量に吸引するため、局所的な気中パーティクルの捕集に適さないと想定される上、装置自体が３１０（Ｗ）×４７５（Ｄ）×１０４０（Ｈ）ｍｍと大きく、重量が約４２ｋｇあるため、吸引用の２ｍホースが接続されていても、気中パーティクルを捕集できる場所には制限があると考えられる。
【００１１】
パーティクルは、捕集する場所の床からの高さや、装置や人からの距離、作業状態などによって変化するため、発生源の特定には局所的かつ一時的なパーティクル捕集を行えることが好ましいが、サイクロン式の場合、捕集箇所の変更にフレキシブルに対応することは不可能であり、サイクロン式集塵機を複数台所有し、製造ライン等が稼動しているときに複数箇所で同時にパーティクルを捕集することも難しいと考えられる。さらに、装置内を汚染するとクリーニングに非常に手間がかかり、フィルターは直径２５ｍｍを１枚しかセットできないため、パーティクル径による層別は不可能であり、価格も５００万円程度とかなり高価である。
【特許文献１】特開２００３−３０７４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の問題を考慮してなされたもので、捕集箇所を選ばず、パーティクルをフィルター上に捕集かつパーティクルの層別が可能で、同時にイオン性物質の液体捕集をも行うことができ、さらに安価である大気中の汚染物質捕集方法又は捕集装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するものとして、まず請求項１に係る発明は、
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーと、インピンジャーと、ポンプとを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置である。
【００１４】
また請求項２に係る発明は、
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項１記載の大気中汚染物質捕集装置であり。
【００１５】
また請求項３に係る発明は、
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーが２個以上接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の大気中汚染物質捕集装置である。
【００１６】
また請求項４に係る発明は、
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集装置である。
【００１７】
また請求項５に係る発明は、
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング方法であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーとインピンジャーとポンプとをこの順に接続することを特徴とする大気中汚染物質捕集方法である。
【００１８】
また請求項６に係る発明は、
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項５記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【００１９】
また請求項７に係る発明は、
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーを２個以上接続することを特徴とする請求項５又は６記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【００２０】
また請求項８に係る発明は、
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、捕集箇所を選ばず、パーティクルをフィルター上に捕集かつパーティクルの層別が可能で、同時にイオン性物質の液体捕集をも行うことができ、さらに安価である大気中の汚染物質捕集方法又は捕集装置を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の最良の一実施形態を説明する。
【００２３】
図１に示す本発明の大気中汚染物質捕集装置の一例は、メンブレンフィルター１１が１枚セットされたフィルターホルダー１２と、メンブレンフィルター１３が１枚セットされたフィルターホルダー１４と、フィルターホルダー１２と１４とを接続するコネクター１５と、フィルターホルダー１４とインピンジャー１９の長いインピンジャー管１７とを接続するプラスチック製チューブ１６と、長いインピンジャー管１７と短いインピンジャー管１８とを有するインピンジャー１９と、インピンジャー１９の短いインピンジャー管１８とインピンジャー２３の長いインピンジャー管２１とを接続するプラスチック製チューブ２０と、長いインピンジャー管２１と短いインピンジャー管２２とを有するインピンジャー２３と、インピンジャー２３の短いインピンジャー管２２と吸引ポンプ２６の吸入口２５とを接続するプラスチック製チューブ２４と、吸入口２５と排気口２７とを有する吸引ポンプ２６とを備えている。
【００２４】
パーティクルを層別する目的でフィルターホルダーを２個以上接続する場合、吸引上流側のメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１１）の孔径は、下流側のメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１３）よりも必ず大きくなくてはならない。
【００２５】
また、クラス１０以下等のクリーン環境でパーティクルを捕集する際には、吸引ポンプ２６の排気で捕集環境を汚染することのないように、排気口２７にカセット式のＨＥＰＡフィルターを接続し、フィルターを通した排気をクリーンルームのグレーチングから放出することが好ましく行われる。
【００２６】
前記大気中汚染物質捕集装置に用いるフィルターホルダーとしては、ステンレス等の金属製やプラスチック製のもの等が使用可能であるが、特にはポリプロピレン（以下ＰＰとも云う）製等のプラスチック製ホルダーが、低価格、扱い易さ、汚染された場合の廃棄のし易さから好ましく用いられ、例えば、ＡＤＶＡＮＴＥＣ製プラスチックホルダーＰＰシリーズ等が用いられる。
【００２７】
フィルターホルダーの一例を、図２の全体図及び図３の分解図に基づいて説明する。図中に示されるように、フィルターホルダーは、吸引上流側から順に、ロッキングナット３１と、ナット用Ｏ−リング３２と、インレット３３（先端エアー吸引口部）と、トップカバー３４（トッププレート）と、サボートスクリーン３５と、フィルター押さえＯ−リング３６と、サポートスクリーン３７と、ベースプレート用Ｏ−リング３８と、ベースプレート３９と、アウトレット４０（後端エアー吸引口部）と、チューブコネクター４１とを備え、トップカバー３４とサボートスクリーン３５との間に、メンブレンフィルターがセットされるものである。
【００２８】
図中に示されるように、フィルターホルダーはオープンフェース型でなく、トップカバー（あるいはトッププレート）を有するものが好ましい。このようなフィルターホルダーは本来、液体ろ過用であり、通常、液体をろ過する際にはトップカバー３４に設けられたインレット３３にチューブ等を接続して、ろ過したい液体を流すが、本発明においては、トッププレートに設けられたインレット（以下、吸引口とする）部分からエアーを吸引して、気中パーティクルを吸引することを特徴としている。
【００２９】
また、アスベスト捕集等に用いられるオープンフェース型は、フィルター表面が露出しているため、実際の気中パーティクル捕集時までに汚染される懸念があり、本発明の気中パーティクル捕集装置には適さない。
【００３０】
前記大気中汚染物質捕集装置に用いるメンブレンフィルターとしては、パーティクルの顕微鏡観察に適した貫通孔を有するポリカーボネート製が好ましく用いられる。メンブレンフィルターの直径は一般的に１３ｍｍ未満、１３ｍｍ、２５ｍｍ、４７ｍｍなどであるが、本発明に用いるフィルター直径は２５ｍｍ以下が好ましい。その理由として、イオン性物質を捕集するときの吸引ポンプ吸引量は０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ．程度であるため、直径４７ｍｍのフィルターでは吸引力不足が懸念されることが挙げられる。また、ポリカーボネート製フィルターの孔径は一般的に０．１、０．２、０．４、０．８、８．０μｍであるが、目的に応じ、０．２μｍと０．８μｍ、０．８μｍと８．０μｍのように組み合わせて、パーティクルを層別することが好ましく行われる。
【００３１】
市販されている気中パーティクルカウンターは粒径０．１μｍ程度から１００μｍ程度を測定するものが多いので、気中パーティクルカウンターとフィルター上に捕集されるパーティクルの相関を取りたいときには、パーティクルカウンターのチャンネルとメンブレンフィルターの孔径を合わせ、各装置の流量を合わせることが好ましく行われる。使用するメンブレンフィルターの孔径と吸引量の決定に際しては、メンブレンフィルターの圧力損失を考慮することが好ましい。
【００３２】
フィルター捕集したパーティクルの有機分析を第一の目的とする時には、ポリカーボネート製メンブレンフィルターではラマン分光分析時のレーザー等でフィルターを損傷する場合がある。そのような場合には、パーティクルの観察は難しくなるが、他の材質のフィルターを用いることも好ましく行われる。
【００３３】
前記吸引ポンプ２６の吸引量は０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ．程度が好ましい。吸引量が少な
い場合には、フィルター上にパーティクルが捕集できない場合があり、吸引量が多い場合にはメンブレンフィルターを破損する場合があるので、事前に確認をすることが好ましく行われる。市販されている気中パーティクルカウンターは最小測定粒径０．１μｍ、吸引量０．３〜３０Ｌ／ｍｉｎ．程度のものが多いため、前述したように、気中パーティクルカウンターの吸引量とフィルター捕集の吸引量を合わせることも好ましく行われる。
【００３４】
吸引ポンプ２６としては、ミニポンプと呼ばれるダイヤフラム式の定流量機能を内蔵する吸引ポンプが好ましい。このような吸引ポンプは、オイルや水を使用しないため、捕集箇所が限定されることなく、クリーンルーム内で捕集する場合にも捕集箇所を汚染する可能性が低い。また、ミニポンプの重量は１ｋｇ以下であり、フィルターホルダー等は軽量であるため、本発明の捕集装置は持ち運び、設置が非常に簡単である利点がある。
【００３５】
チューブは、リークのない口径の合ったプラスチック製チューブが用いられ、タイゴンチューブ、シリコンチューブ、テフロン（登録商標）チューブ、ＰＰチューブ等が用いられる。特に清浄度の高いクリーンルーム内で捕集を行う場合、パーティクルやイオン性物質の溶出が少ないテフロン（登録商標）チューブを用いることが好ましく行われる。
【００３６】
インピンジャーとしては、石英ガラス製、ケイ酸ガラス製、プラスチック製のもの等が使用可能であるが、イオン性物質の溶出が少ないことから、特に好ましく用いられるのは、パーフルオロアルコキシアルカン（四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下ＰＦＡ）製で容量１００ｍｌ程度のインピンジャーである。
【００３７】
一般的に、大気捕集におけるインピンジャー法とは、インピンジャー内に純水を入れ、吸引ポンプを用いて一定時間雰囲気を吸引し、純水に雰囲気中の不純物をバブリング水捕集する方法である。
【００３８】
本発明においても、インピンジャーには水を入れ、イオン性物質を捕集するが、その際、純水以上の水を用いることが好ましい。特に清浄度の高いクリーンルーム内で捕集を行う場合、容器からの溶出イオンを避けるため、超純水を用いることが好ましく、超純水の比抵抗は１８．０ＭΩ・ｃｍ以上、測定対象イオンの濃度は１ｐｐｂ以下で、粒径０．３μｍ以上のパーティクル数が２個／ｍｌ以下であることが好ましい。さらに好ましくは比抵抗１８．２ＭΩ以上、０．０５μｍのパーティクル数が１個／ｍｌ以下の超純水である。
【００３９】
また、図１に示すように、２個以上のインピンジャーを接続し、捕集効率を上げることも好ましく行われる。
【００４０】
以下に、大気中汚染物質捕集装置の洗浄、組み立てから大気中汚染物質の捕集、捕集済みメンブレンフィルター、インピンジャー内捕集水の回収までの手順を詳細に述べる。
【００４１】
第一に、本発明の大気中汚染物質捕集装置をクリーンルーム内で使用する場合には、大気中汚染物質捕集装置に付着しているパーティクルを環境から捕集したパーティクルと区別するため、メンブレンフィルター、フィルターホルダー、チューブ、インピンジャーの洗浄、吸引ポンプの清拭を行うことが好ましい。特に、メンブレンフィルターには合い紙の繊維が付着していることがあり、パーティクル観察、分析時に捕集したパーティクルと誤判断しないためにも、洗浄が必要である。
【００４２】
その場合、クラス１０００（空気清浄度、米国連邦規格ＦＥＤ−ＳＴＤ−２０９Ｄ；０．５μｍ以上の微粒子が１０００個／ｆｔ3以下）以下のクリーンルーム内で、比抵抗１８．２ＭΩ以上、０．０５μｍのパーティクル数が１個／ｍｌ以下の超純水を用いて、メ
ンブレンフィルター、フィルターホルダー、チューブを洗浄することが好ましい。
【００４３】
まず、メンブレンフィルターは、超純水を入れたガラス製容器内で、中の超純水を入れ替えては３回以上洗浄するか、超純水洗浄済みのガラス製ろ過装置にセットするなどして、超純水で３回以上洗浄する。洗浄済みのメンブレンフィルターは超純水洗浄済みのシャーレ等容器に入れて、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させる。
【００４４】
フィルターホルダーは解体し、各部品を超純水洗浄した後、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させるか、クリーンエアを供給できるエアガンで乾燥させる。
【００４５】
解体した乾燥済みのフィルターホルダーに、乾燥済みのメンブレンフィルターを、組み立て向きに注意してセットし、各組立部品を順に組み合わせてフィルターホルダーを組み立てた後、該フィルターホルダーを、パーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。クリーンエア吸引口（インレット３３）、排気口用チューブは超純水で５分間以上、流水洗浄し、クリーンルーム内で落下塵がないように自然乾燥させるか、クリーンエアを供給できるエアガンで乾燥させる。これらもパーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。
【００４６】
インピンジャーは、容器に超純水を入れ、蓋をしめた状態で１００回以上振とうし、中の超純水を捨てた後、新たに超純水を蓋すれすれまで満たしておく。
【００４７】
吸引ポンプはクリーンルーム用のダストの少ないクロスを前述の超純水に浸し、清拭した後、パーティクルの少ないクリーンバッグに入れて密封する。
【００４８】
上記、洗浄手順はあくまで目安であり、実際の捕集を実施する前に、一連の洗浄手順を経たメンブレンフィルターを観察した際に、コンタミネーションがないこと、超純水中のイオン濃度を確認することが好ましく行われる。
【００４９】
第二に、大気中汚染物質捕集箇所で装置を組み立てる。クリーンルーム内で捕集する場合には、パスボックス等を使用して各部品を持ち込み、捕集箇所で各クリーンバッグを開封して、装置を組み立てることが好ましい。
【００５０】
まず、吸引ポンプ（図１では吸引ポンプ２６）に吸入口用チューブ（図１では吸入口２５用チューブ２４）を取り付ける。クラス１０以下のような非常に清浄度の高い環境で捕集を行う場合には、吸引ポンプ２６の排気口２７にカセット式フィルターを取り付け、グレーチングを通して排気することが好ましく行われる。
【００５１】
次に、インピンジャーの中の超純水を一定量にし、上蓋を２つの長さの違う管が入った蓋に変更する。サンプリングチューブが入った二個以上のインピンジャー（図１ではインピンジャー１９、２３）を連結する場合にはインピンジャー間をチューブ（図１ではチューブ２０）で連結してから、最終段捕集用のインピンジャー（図１ではインピンジャー２３）を吸入口用チューブ（図１では吸入口２５用チューブ２４）に接続する。
【００５２】
さらに、二個以上のフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１２、１４）を連結する場合には連結ジグ（図１ではコネクター１５）で接続し、孔径の小さいメンブレンフィルター（図１ではメンブレンフィルター１３）がセットされたフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１４）を１段目のインピンジャー（図１ではインピンジャー１９）にチューブ（図１ではチューブ１６）で接続する。フィルターホルダー間は連結ジグだけでなく、チューブを挟んでも構わない。
【００５３】
第三に、汚染物質を捕集する場所を決め、吸引上流側の先端にあるフィルターホルダー（図１ではフィルターホルダー１２）のトップカバー３４中央の吸入口（インレット３３）部分が汚染物質を捕集したい方向へ向けられるように、フィルターホルダー、インピンジャー、チューブを、必要に応じてテープで捕集箇所の造作材や支持フレームなどに固定する。クリーンルーム内で捕集を行う場合には、クリーンテープを用いることが好ましい。
【００５４】
次に、吸引ポンプの電源を入れる。吸引量が設定量通りになっているか確認する。同時にパーティクルカウンター測定を行う場合には、それを実施する。
【００５５】
パーティクルは、捕集する場所の床からの高さや、装置や人からの距離、作業状態などによって変化するため、発生源の特定には局所的かつ一時的なパーティクル捕集を行うことが好ましい。
【００５６】
本発明の大気中汚染物質捕集装置、及びその捕集装置を用いた捕集方法は、吸引ポンプさえ設置できれば、どこでも捕集可能である。例えば、高さを変えて捕集することも簡単にできるし、内外で大気中汚染物質環境が異なるクリーンブース、クリーンユニット、クリーンベンチ等の評価も簡便である。機械のユニット毎に、発塵やイオン性物質の種類が異なると想定される場合には、ユニット毎に複数台の捕集装置を用意して、同時捕集すればいいし、機械が稼動している間だけ大気中汚染物質を短時間でも長時間でも捕集可能である。イオン性物質の捕集条件としては、１分間当り２Ｌで６０分間、計１２０Ｌ程度が一般的であろう。
【００５７】
次に、設定した捕集時間が経過したら、吸引ポンプの電源をＯＦＦにするか、積算吸引量等を入力し、それを満たしたら自動で電源ＯＦＦになる吸引ポンプもある。捕集済みメンブレンフィルターはフィルターホルダーから出さずにクリーンバッグに入れ、観察・分析時まで密封しておく。インピンジャーは上蓋を密閉できる蓋に替え、測定時まで密封しておく。
【００５８】
参考までに、ＰＰ製フィルターホルダー２個とＰＦＡ製インピンジャー２個と５Ｌ／ｍｉｎ．まで吸引可能なミニポンプの合計金額は約１５万円であり、この他に吸引口用チューブ、メンブレンフィルター、クリーンルーム内捕集の場合には排気口用チューブ、カセット式フィルター等が必要になるが、合計しても非常に安価である。
【００５９】
本発明の捕集装置を用い、気中パーティクルを捕集したメンブレンフィルターは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による形状観察およびパーティクル数カウントが好ましく行われる。ＳＥＭに併設されることが多いエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）による元素分析やオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、蛍光Ｘ線分析、荷電粒子冷機Ｘ線検出法、ラザフォード後方散乱分析、も好ましく行われる。また、有機分析ではフーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）やラマン分光分析による分析も好ましく行われる。
【００６０】
本発明の捕集装置を用い、イオン性物質を捕集した水は、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）によるイオン濃度測定を行う。ＩＣ以外にも液体クロマトグラフ（ＬＣ）、キャピラリー電気泳動、原子吸光光度分析（ＡＡＳ）や結合誘導プラズマー−質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）等の各種分析を行うことが可能である。
【実施例】
【００６１】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限られるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
食品包装用フィルムを製造加工する工場内において、カーテンで仕切られたクリーンユニット外の一般環境（床からの高さ４５ｃｍ）（捕集箇所１）と、ＨＥＰＡフィルター設置クリーンユニット内に設置されたＴ台押し出し加工機のそば（床からの高さ４５ｃｍ）（捕集箇所２）の２箇所に、吸引上流側のフィルターホルダーには直径２５ｍｍ、孔径８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルターを、下流側のフィルターホルダーには直径２５ｍｍ、孔径０．８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルターをセットし、コネクタで連結したものと、５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー１個と、ミニポンプとをそれぞれシリコンチューブで接続した捕集装置を設置した。トップカバー３４の吸引口（インレット３３）は直径４．５ｍｍである。装置を構成する各部品の事前は洗浄行わなかった。大気中汚染物質は２Ｌ／ｍｉｎ．で１時間捕集した。
【００６３】
捕集開始時から終了まで、光散乱型気中パーティクルカウンターで１時間に１回測定した平均値は、捕集箇所１で０．５μｍが４２００００個／ｆｔ3、捕集箇所２で０．５μｍが２２００００個／ｆｔ3であり、捕集している間、押し出し加工機は稼動していた。
【００６４】
捕集したメンブレンフィルターをＳＥＭ観察したところ、孔径０．８μｍのフィルターでもフィルター孔に損傷はなく、クリーンユニット外の捕集箇所１では孔径８μｍ、０．８μｍのそれぞれのメンブレンフィルターともに観察されるパーティクルが多く、クリーンユニット内の捕集箇所２ではパーティクルが少ない傾向が確認された。８μｍ孔径メンブレンフィルターをＳＥＭ観察倍率５００倍で５箇所観察した結果から、環境中の１０μｍ以上のパーティクル数を計算した結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
表１の結果より、パーティクルカウンターでの測定結果でもパーティクル数が多い捕集箇所１は捕集箇所２に比較し、ＳＥＭ観察でも多くのパーティクルが観察され、その差異は明らかだった。
【００６６】
ＳＥＭに併設されているＥＤＸで、フィルター上に捕集されたパーティクルのうち、孔径８μｍメンブレンフィルター上の１０μｍ以上のパーティクルと、孔径０．８μメンブレンフィルター上の１μｍ以上のパーティクル各３個について、元素分析を行った結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
表２の結果より、パーティクルの種類は、捕集箇所１では酸化鉄、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ等他の元素を多数含む無機物あるいは無機物と有機物が複合したパーティクルが多いが、捕集箇所２ではほとんどが有機物で、形状から樹脂と推定され、その種類が異なることがわかった。
【００６８】
捕集したインピンジャー内の水について、イオンクロマトグラフ測定を行った結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】
表３の結果より、捕集箇所１と２とではケミカルフィルター等の対策を施していないため、捕集箇所１と２との両方でＮＨ4イオンやＳＯ4イオンの濃度が高く、イオン濃度にはほとんど違いがないことがわかった。
＜実施例２＞
クラス１００のダウンフロー式クリーンルーム内のカラーフィルター製造ライン内にお
いて、捕集箇所１（床からの高さ４５ｃｍ）、捕集箇所２（床からの高さ１３５ｃｍ）の２箇所で図１に示す大気中汚染物質捕集装置を設置した。なお、捕集箇所２の近傍にはスポット用ＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されている。
【００７０】
大気中汚染物質装置を構成する各部品は事前にクラス１００のクリーンルーム内で超純水洗浄を行い、クリーンバッグに入れて、インパルスシールしたものを、捕集直前に開封し、装置を組み立てた。
【００７１】
吸引上流側のフィルターホルダー１２には直径２５ｍｍ、孔径０．８μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルター１１を、下流側のフィルターホルダー１４には直径２５ｍｍ、孔径０．２μｍのポリカーボネート製メンブレンフィルター１３をセットしてコネクタ１５で連結したものと、５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー１９と、同じく５０ｍｌの超純水を入れた１００ｍｌ容量のＰＦＡ製インピンジャー２３と、吸引ポンプ２６とを、それぞれシリコンチューブ１６、シリコンチューブ２０、シリコンチューブ２４で接続した。トップカバー３４の吸引口（インレット３３）は直径４．５ｍｍである。大気中汚染物質は２Ｌ／ｍｉｎ．で１時間捕集した。
【００７２】
捕集開始から終了まで、光散乱型気中パーティクルカウンターで１時間に１回測定したところ、平均で、捕集箇所１は０．３μｍが３０００個／ｆｔ3、捕集箇所２は０．３μｍが９０個／ｆｔ3だった。捕集している間、装置は稼動と停止を繰り返した。
【００７３】
捕集箇所１、２ともにフィルター上に捕集されたパーティクルは少なく、個数の比較はしなかったが、孔径０．２μｍのフィルターでも、フィルター孔に損傷はなかった。ＳＥＭに併設されているＥＤＸで、孔径０．８μｍフィルター上に捕集された１μｍ以上のパーティクルのうち各３個について、元素分析を行った結果を表４に示す。
【００７４】
【表４】
表４の結果より、パーティクルの種類は、捕集箇所１ではＭｇ，Ｆｅ等からなる無機系が多く、捕集箇所２では有機物で、その形状から樹脂と推定され、捕集箇所により、パーティクルの形状、組成が異なることが確認できた。
【００７５】
捕集したインピンジャー内の水について、イオンクロマトグラフ測定を行った結果を表５に示す。
【００７６】
【表５】
表５の結果より、近傍にＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されている捕集箇所２では、ＮＨ4用ケミカルフィルターが設置されていない捕集箇所１よりかなりＮＨ4濃度が低いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】大気中汚染物質捕集装置の一例を示す図。
【図２】フィルターホルダーの一例を示す図。
【図３】フィルターホルダーの一例の分解図。
【符号の説明】
【００７８】
１１…メンブレンフィルター
１２…フィルターホルダー
１３…メンブレンフィルター
１４…フィルターホルダー
１５…コネクター
１６…チューブ
１７…インピンジャー管（長い）
１８…インピンジャー管（短い）
１９…インピンジャー
２０…チューブ
２１…インピンジャー管（長い）
２２…インピンジャー管（短い）
２３…インピンジャー
２４…チューブ
２５…吸入口
２６…吸引ポンプ
２７…排気口
３１…ロッキングナット
３２…ナット用Ｏ−リング
３３…インレット（吸引口）
３４…トップカバー（トッププレート）
３５…サポートスクリーン
３６…フィルター押さえＯ−リング
３７…サポートスクリーン
３８…ベースプレート用Ｏ−リング
３９…ベースプレート
４０…アウトレット
４１…チューブコネクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーと、インピンジャーと、ポンプとを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置。
【請求項２】
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項１記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項３】
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーが２個以上接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項４】
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項５】
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング方法であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーとインピンジャーとポンプとをこの順に接続することを特徴とする大気中汚染物質捕集方法。
【請求項６】
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項５記載の大気中汚染物質捕集方法。
【請求項７】
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーを２個以上接続することを特徴とする請求項５又は６記載の大気中汚染物質捕集方法。
【請求項８】
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集方法。
【請求項１】
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング装置であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーと、インピンジャーと、ポンプとを備え、
前記フィルターホルダーと前記インピンジャーと前記ポンプとがこの順に接続されていることを特徴とする大気中汚染物質捕集装置。
【請求項２】
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項１記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項３】
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーが２個以上接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項４】
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集装置。
【請求項５】
大気中の汚染物質をフィルター捕集および液体捕集するためのサンプリング方法であって、
メンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーとインピンジャーとポンプとをこの順に接続することを特徴とする大気中汚染物質捕集方法。
【請求項６】
前記ポンプは、定流量機能を有し、１分間当りの吸引量が０．５Ｌ〜５Ｌであることを特徴とする請求項５記載の大気中汚染物質捕集方法。
【請求項７】
孔径の異なるメンブレンフィルターをセットしたフィルターホルダーを２個以上接続することを特徴とする請求項５又は６記載の大気中汚染物質捕集方法。
【請求項８】
前記メンブレンフィルターの直径が２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の大気中汚染物質捕集方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−７９９８０（Ｐ２００９−７９９８０Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４８９１２（Ｐ２００７−２４８９１２）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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