超純水

超純水とは

超純水は、水中のイオン、微粒子、有機物、溶存ガス、微生物などのあらゆる不純物を可能な限り取り除いた、極めて純度の高い水です。理論的には純粋なH₂Oのみで構成されることを目指し、その純度は一般的な純水や精製水をはるかに上回ります。

超純水の特性
超純水の主な特性は以下の通りです：

極めて低い導電率
• 純粋な水は電気を通しにくく、超純水の理論的な抵抗率は18.2 MΩ・cm（25℃）で、導電率は0.055 μS/cmに近づきます。
低TOC（全有機炭素）値
• 有機物の含有量が極めて少なく、TOC値は1 μg/L（ppb）以下が求められます。
微粒子・微生物の極小化
• 微粒子や微生物の数を極限まで減少させ、微粒子数は0.1 μm以上の粒子が1 mL中に1個以下、微生物数は1 CFU/100 mL以下が目標です。
溶存ガスの制御
• 溶存酸素や二酸化炭素、窒素などのガス成分も除去または管理されます。

超純水の必要性

超純水が必要とされる理由は以下の通りです：

製品品質の確保
• 半導体や電子部品製造では、微小な不純物が製品の不良や性能低下を招くため、超純水が不可欠です。
プロセスの信頼性向上
• 高純度の水を使用することで、製造プロセスの安定性と再現性が向上します。
汚染の防止
• 微生物や有機物による汚染を防ぐことで、製品の安全性と品質を維持します。

超純水の製造プロセス

超純水を製造するためには、以下のような高度な水処理技術を組み合わせます：

前処理
• 砂ろ過・活性炭ろ過：原水中の浮遊物質や有機物、塩素を除去します。
膜分離技術
• 逆浸透膜（RO膜）：イオン、有機物、微生物を高い除去率で取り除きます。
イオン除去
• イオン交換樹脂：水中の残留イオンを除去し、導電率をさらに低減します。
• EDI（電気再生式イオン交換）：イオン交換と電気透析を組み合わせて、連続的にイオンを除去します。化学薬品を使用せずに再生が可能です。
有機物・微生物の除去
• 紫外線酸化分解装置：深紫外線（185 nm）を照射して、有機物を酸化分解し、TOC値を低減します。
• UV殺菌装置：殺菌用紫外線（254 nm）を照射して、微生物を不活化します。
微粒子の除去
• 超精密フィルター（UF膜、MF膜）：微粒子や微生物を物理的に除去します。
溶存ガスの除去
• 脱気膜装置：真空や不活性ガスを利用して、溶存酸素や二酸化炭素を除去します。

超純水の用途と重要性

超純水は以下の分野で重要な役割を果たしています：

半導体・電子部品製造
• ウエハーの洗浄工程で使用され、不純物の付着を防ぎ、高集積化・微細化を支えます。
液晶・有機ELパネル製造
• パネルの製造過程での洗浄やプロセス液の調製に用いられ、表示品質の向上に寄与します。
医薬品・バイオテクノロジー
• 注射剤、点眼剤、培地の調製など、高度な無菌性と純度が求められる用途に使用されます。
光学機器・精密機械
• レンズや精密部品の洗浄により、製品の性能と信頼性を確保します。
研究・分析分野
• 高度な分析機器や実験において、試薬や試料の純度を維持するために不可欠です。

超純水システムの設計と管理

超純水の品質を維持するためには、システム全体の設計と厳密な管理が重要です：

配管・貯槽の材質選定
• ステンレススチール（SUS316L）や高純度樹脂（PFA、PVDF）を使用し、溶出や吸着を防止します。
循環供給システムの構築
• 超純水を常に循環させ、滞留による微生物増殖やパーティクルの発生を防ぎます。
水質モニタリング
• オンライン計測器を用いて、抵抗率、TOC、粒子数、微生物数などをリアルタイムで監視し、異常を早期発見します。
設備の定期メンテナンス
• フィルターや樹脂の交換、紫外線ランプの点検・交換、配管の洗浄・殺菌などを計画的に実施します。
微生物対策
• 定期的な熱水殺菌やオゾン殺菌を行い、バイオフィルムの形成を防止します。

超純水の課題と対策

超純水の製造・管理には以下の課題があります：

コストの問題
• 設備投資や運用コストが高いため、効率的なシステム設計やエネルギー消費の削減が求められます。
環境負荷
• 大量の洗浄水や廃水が発生するため、リサイクルシステムの導入や廃水処理の最適化が重要です。
技術者の育成
• 高度な技術と知識が必要なため、専門技術者の育成と教育が必要です。

まとめ

超純水は、極限まで不純物を除去した最高純度の水であり、先端技術産業の基盤を支える重要な要素です。高度な水処理技術と厳密な品質管理により、製品の品質向上や生産効率の向上に大きく寄与します。今後も技術の進歩とともに、超純水の需要と重要性は増大すると考えられます。