ミリQ百科


メルクミリポアの無料技術講習会MILLI-SCHOOL®をご存知でしょうか?
超純水・純水の基礎から応用、使い方のポイントなど様々なノウハウをお伝えして、毎回盛況です。
でも、日程が合わないから…、近くで開催していないから…、など、参加したくても参加できないというお声もたくさんいただいています。
そこで、少しずつではありますがMILLI-SCHOOLの一部と、Webだけのプラスαの情報・知識を「ミリQ百科」として連載していきます。

内容をさらに詳しく聞きたい!という方は、メルクミリポア技術講習会MILLI-SCHOOL または 出張MILLI-SCHOOL、Milli-TEC(学校・教育関連向け)にお申し込みください。

  1. 1. 超純水・純水とは
  2. 2. Milli-Q水はどうやってできる?
  3. 3. 純水の精製方法と水質
  4. 4. 蒸留水とElix純水に違いはある?
  5. 5. Elix純水の秘密(1)
  6. 6. Elix純水の秘密(2)
  7. 7. Elix純水の秘密(3)
  8. 8. Elix純水の秘密(4)
  9. 9. Elix純水の秘密(5)
  10. 10. Elix純水の秘密(6)
  11. 11. 純水タンクの重要性(1)
  12. 12. 純水タンクの重要性(2)
  13. 13. ミリQ(Milli-Q)水の基本(1)
  14. 14. ミリQ(Milli-Q)水の基本(2)
  15. 15. ミリQ(Milli-Q)水の基本(3)


第16回以降は、こちらからご覧ください。




1. 超純水・純水とは

皆様が試験や測定で使う「水」といえば、「超純水」や「純水」ですよね。では、「超純水」や「純水」とはどんな水なのでしょうか?

超純水・純水とは純水は「純度の高いきれいな水」のように漠然としたイメージではないでしょうか。もしくは「蒸留水」や「イオン交換水」、「Elixの水」のように特定の方法により精製された水と思われていませんでしょうか。
実は、『純水』は水質にも精製方法にも規定はないのです。つまり、水質は関係なく、「蒸留水」や「イオン交換水」、「RO水」、「Elix純水」どれも『純水』なのです。もちろん、それぞれ水質は異なります。
ですから大切なのは「純水」を使う場合、その精製方法が使用目的に十分な水質を満たせるかどうかを確認して使用することなのです。
では「超純水」はというと、こちらは水質に規定があります。一般的には比抵抗値が18 MΩ・cm以上の水とされています。また、加えてTOC値が50 ppb以下という場合もあります。
皆様の超純水装置は18.2(または18.3) MΩ・cmと表示されていませんか?これは25℃においての最大の比抵抗値となります。いつでもこの値が出ているように装置を保っていることが試験の安定性・再現性には重要ですね。

» 超純水と純水についてもう少し詳しく知りたくなったら、 超純水と純水の定義 をご覧ください。


次回は、超純水=Milli-Q水? 「Milli-Qはどうやってできるの?」です。





2. Milli-Q水はどうやってできる?

Milli-Q水ってよく言うけど、なんでMilli-Q水なの?Milli-Q水はどうやって出来るの?とよく聞かれます。実はMilli-Q水というのは…

「Milli-Q」で精製した水(超純水)だから「Milli-Q水」です。なんだ、当たり前でしょう。といわれるかもしれませんが、以前から世界中の研究者に使われ、論文等でも「Milli-Q water」と記述されていることから、現在でも超純水の代名詞的な用語になっているのです。
日本では1967年から販売され、最初は超純水用のイオン交換樹脂、活性炭、メンブレンフィルターを組合せて精製していました。現在、最も安定した水質のMilli-Q水を得るには純水製造部分での水質、貯水部での水質劣化抑制が重要なことがわかっていることから、下のような精製過程になっています。

Milli-Q水ってどうやってできてる

純水装置:プレフィルター→RO→ロングライフEDI→殺菌用紫外線(254nmUV)
貯水タンク:→低溶出タンク(+エアベントフィルター+タンク殺菌用紫外線)
超純水装置:→有機物酸化分解用紫外線(185nmUV)→超純水用イオン交換樹脂・活性炭
用途別フィルター:→最終フィルター(高純度試薬調製用、LC用、RNaseフリー水・細胞培養用、環境分析用等)
たくさんありますが、もちろん普段は気にせず使っていただいています。

普段気にしなければならないのが、本当に水質がでているのかを確認するための純度計です。
超純水装置での水質は一般的に無機イオンと有機物を見ます。それぞれ存在量に相関はないので、無機イオンは「比抵抗 」、有機物は「TOC(Total Organic Carbon) 」で管理しているのです。
当初、超純水に求められるものは「無機イオンが限りなく少ない」ことでした(もちろんそこまできれいにしているのであれば当然有機物も少ないだろう…という意味もあったでしょうが)。ですので、比抵抗値が18MΩ・cm以上出せていれば実験に影響することは少なかったのです。ところが時代が進むと実験・試験・測定の精度は高くなり、わずかな不純物の存在が結果に影響を与えるようになっていきました。するとMilli-Q水にも水質がより高く、安定したものが求められるようになっていきました。
そこで、さらに有機物を分解除去して高感度有機物分析を可能にしたり、タンパクや酵素を除去し実験を阻害しないようにしたりするなど、様々な方法が開発されてきたのです。ミリQ百科ではそれぞれもう少し掘り下げていこうと思います。

» 今回のコラムに出てくる内容をもう少し詳しく知りたくなったら、 超純水・純水の技術解説 をご覧ください。


次回は最初の方で、安定したMill-Q水の水質を得るには純水が重要と書きましたが、皆さんがやはり普段使うことがある「純水」についてです。







3. 純水の精製方法と水質

皆様が普段使っている「純水」はどんな精製方法でできた水ですか?純水装置であればElix? 蒸留器? イオン交換樹脂塔? いやいや精製水を買っているよ、色々あるかと思います。どれも純水ですが、作り方によって水質は違う…?

第1回目の「純水・超純水とは」にありましたように、どのような純水化の方法でも「純水」と呼ばれます。ただし、精製方法により特徴があり、水質が異なるので注意が必要です。
代表的な純水の種類(精製原理・装置)をいくつかあげてみます。
1. イオン交換水(イオン交換・再生型イオン交換樹脂塔)
2. 蒸留水(蒸留・蒸留水製造装置)
3. 逆浸透[RO]水(RO膜・RO水製造装置)
4. Elix純水(RO+連続イオン交換[EDI]・Elix)

いろいろな純水と超純水の水質

図には水質のイメージを示しています。それぞれ特徴を見てみると、
1. イオン交換水:無機イオンは除去するが、有機物は除去できない。採水量が多くなるのに伴いイオンの除去能力が低下していき水質が安定しない。微生物汚染を受けやすい
2. 蒸留水:無機イオンも有機物もある程度除去できる。沸点の低い不純物は除去しにくい。環境やタンクからの汚染を受けやすい。
3. RO水:無機イオンも有機物もある程度除去できる。供給水の水質により、透過水の水質が変動する。
4. Elix純水:無機イオンも有機物も高効率で除去できる。採水量が多くなっても水質の変化が少なく安定した水質を保てる。微生物の汚染も受けにくい。

有機物の試験にイオン交換水を用いても、有機物は水道水と同じレベルで入っているので不向きですね。純水用途であれば、無機イオンも有機物もElix純水が一番少なく安定していることがわかります。
また、よく使われる純水として「精製水」として販売されている水もありますが、これは精製方法ではなく日本薬局方の精製水として適合した水質の水のことになります。精製方法などはやはり限定されていません。
超純水はもちろんですが、純水に求められる水質も「実験・試験に影響を及ぼす物質がきちんと除去されていること」が大切ですので、今一度ご確認いただくとよろしいのではないでしょうか。

» 今回のコラムに出てくる内容をもう少し詳しく知りたくなったら、 超純水と純水の規格、日本薬局方第15改訂 をご覧ください。


次回は「蒸留水とElix水に違いはある?」です。






4. 蒸留水とElix純水に違いはある?

純水というと蒸留水というイメージがまだまだ多いですが、Elix(RO+EDI)純水と蒸留水は違うのでしょうか?実は2つの大きな違いがあります。
1つ目の違いは製造水質です。蒸留水は蒸留器で製造されますが、一般的には低沸点の不純物が除去しにくいことや、蒸気から水へ相変化する際に環境中の不純物を取り込んでしまうなどします。目安ですが1MΩ・cm(1µS/cm以下)程度の比抵抗となります。Elix純水ではRO膜での膜ろ過ですので、加熱による相変化もありませんし、環境中の空気と接触もありません。EDI(連続イオン交換)が最終段階にありますから、安定して3MΩ・cm(0.33µS/cm以下)以上の製造水となります(実際はもっと高純度になることが多いですが)。
2つ目は、製造方式です。上にもあげましたように蒸留水は加熱式蒸留器、Elix純水は非加熱のElix(RO+EDI)により精製されます。水質はElixが安定して良いことに加え、製造エネルギーが電気・水道ともに少なく、高効率で高純度の精製ができるのが原理的な違いです。(Elixは蒸留器よりもずっと後に出てきた装置ですからメリットが多くなっているのは当たり前なのかもしれませんが…)
余談ですが、1日20Lの純水使用で電気95%削減、水道は80%以上削減が可能です。費用対効果では省エネでまず手をつけられる人感センサー付き蛍光灯への更新と比べると20倍近く効率がいいです。エネルギー消費を減らしCO2排出量を削減することは、ラボや試験室も気にしていく時代になってきているようです。

他にも、原水の汚れに強いプレフィルターや殺菌灯による微生物汚染防止、タンク貯留中の汚染防止など純水をいかに効率よく、高純度に、汚染を少なくするかの技術が詰まっています。


純水装置と蒸留水製造装置

» 今回の内容をもう少し詳しく知りたい場合は、技術資料がありますので、 Water purification technology: 純水の精製方法とその特徴 ~ Elix 水と蒸留水の比較~ からPDFをダウンロードしてご覧ください。


次回から、Elixの秘密を1つずつ見ていきます。






5. Elix純水の秘密(1)

どんな純水装置にも必ずといっていいほど付いているのが、前処理用プレフィルターですが、Elixのプレフィルターには3つの特別な機能があります。
今回は、Elixのプロガードプレフィルター(以下、プロガードと略)の3つの特別な機能をご紹介します。

プレフィルター1) 微生物の繁殖を抑える…銀添加活性炭
一般的にプレフィルターは供給水(水道水)中の大きな粒子や残留塩素、遊離塩素の除去目的で使用される場合が多いです。塩素を除去する場合には活性炭を使用しますが、一方で、塩素がなくなると微生物が生えやすくなりフィルターや水質の劣化につながります。そこでプロガードはこの活性炭に抗菌作用のある銀を添加し、微生物汚染を防いでいるのです。
2) RO膜を保護…ポリリン酸
プレフィルターは後段のRO膜に負荷をかけないためにあります。しかしデプスフィルターや活性炭だけではRO膜表面で析出しやすいカルシウムイオンなどは除去できません。そこで膜表面でのカルシウムの結晶化を防ぐ(スケーリング防止剤)ポリリン酸を入れることで析出を抑え透過流量(精製速度)が落ちないようにしています。
3) 大量の粒子を効率よく捕捉…デプスフィルター
純水装置で粒子を除去するには数10~数µmの目の粗いデプスフィルターと呼ばれるものを使います。フィルターは長く使用すると粒子が表面近くで捕捉されていくので、目詰まりが起こりやすくなりますが、プロガードでは外側に目の粗い、内側に目の細かいフィルター構造となっているので、フィルター内部で粒子を大量に捕捉することができます。

プロガードは一つのカートリッジの中に様々な機能を持たせた複合カートリッジとなっているのです。


» より詳細な処理機構について知りたい場合は、 超純水・純水の技術解説:プレフィルター をご覧ください。

次回は、水中の不純物のほとんどを処理する逆浸透(RO)膜についてです。



6. Elix純水の秘密(2)

プレフィルターで処理された水がいよいよ純水化処理されます。現在純水精製で最も広く使われているのが逆浸透(RO)膜です。Elixでは様々な技術を組み合わせてRO膜での処理を行っています

RO膜逆浸透(Reverse Osmosis、以下ROと略)膜は、フィルターの中で最も緻密で、水より小さな分子だけが通過できる膜です。これにより、無機物・有機物・微粒子・微生物の4つの不純物ほとんどすべてを取り除くことができ、この精製された水をRO水と呼びます。純水精製に必須の技術です。

1) 緻密な膜を使うために…
RO膜は、非常に緻密なため不純物による目詰まりが起こりやすいということがあります。そこでメンブレンフィルターなどと異なり、全ての水を膜を透過させるのではなく、膜表面を洗うように流しながら、圧力をかけることでRO膜を透過させて精製をします。このとき透過されない水(濃縮水)は排出されます。つまりRO膜を使う純水装置は必ず排水が出るのです。

2) そのまま排水するのはもったいない…
この濃縮水ですが、一度プレフィルターで処理された水ですからもったいないですよね。そこでこの濃縮水をElixでは装置内で再利用しています。RO膜の性能も上がり、濃縮水の一部をプレフィルターで処理した水と合わせて再度RO膜により処理させることが可能になったので、水道水の使用量を50~75%にまで抑え、節水のエコ、そしてプレフィルターでの処理量も少なくでき、カートリッジ長寿命化で省コストができるようになりました。
「4. 蒸留水とElix純水との違い」ではElixは熱を使わないから省エネ、エコと記述しましたが、節水機能もあるエコ純水装置ともいえます(水の使用量を蒸留器よりも80%以上も削減できます)。

» 逆浸透(RO)の原理を詳しく知りたい場合は、 超純水・純水の技術解説 逆浸透膜(RO膜):逆浸透の原理 をご覧ください。


次回は、RO膜についての続きで、「RO水は季節によって作る量が減ってくる」「RO水の水質は土地により違ってくる」というポイントについてです。



7. Elix純水の秘密(3)

今回も引き続き逆浸透(RO)膜についてです。
「RO水は季節によって作る量が減ってくる。 RO水の水質は土地により違ってくる。」というポイントがあるのですが、ElixはRO膜を使っていますから、それでは困ります。
これをクリアするためには…


RO膜 3) RO水は季節によって作る量が減ってくる…
RO水製造装置を使われたことがある方で、特に北の方では、冬にRO水が足りなくなったことはありませんか? 実はRO膜は水温が低くなると透過できる水量が少なくなってしまうのです。水温25℃のときと比べ、水温が5℃では約50%しかRO水は精製されません。ですから、冬場の能力に合わせて製造能力の高い機種を選定しなければならないのです。これだと夏場はオーバースペックなので、ちょっともったいないですね。
ところがグラフを見ていただくと、Elixでは製造能力は夏冬同じになっています。これは水温によりRO膜にかける圧力を変えることで実現しています。RO水を精製するにはRO膜に圧力をかけることで水を透過させると前回おはなししましたが、圧力を高くすればそれだけ透過する量は増えていきます。逆に圧力を低くすれば透過水量は減ります。Elixでは冬場など水温が低くなるとポンプの圧力を高め、透過水量を増やしていきます。常に水温もモニターし自動的に微妙に圧力を変えながら精製をしているのです。

4) RO水の水質は土地により違ってくる…
土地が違うと水質も違いますよね。実は同じRO膜でも供給原水の水質の違いにより、精製された水質が違ってくるのです。
RO膜はある範囲での除去効率を持っています。ところが同じ効率の膜であっても、たとえばイオンの除去率98%の膜では、原水に100のイオンがあるところと、300のイオンがあるところで透過されて出てくるイオンの量はそれぞれ2【=100×(1-0.98)】と6【=300×(1-0.98)】となり、異なるのです。もちろん季節によっても原水水質は変化する可能性がありますし、さらには膜の劣化に伴い除去性能も低くなっていきます。これでは試験する水としては問題となる場合がありますね。ですから純水としてはさらにイオンを除去しておく必要があります。ここで最も適した解決方法がイオンを安定して連続的に除去できる「連続イオン交換(EDI)」です。これによりElixは日本のどこでも安定した水質で精製が可能となっているのです。

» さらに詳しく逆浸透(RO)の性能を知りたい場合は、 超純水・純水の技術解説 逆浸透膜(RO膜):逆浸透の性能 をご覧ください。


次回は、この画期的な技術、連続イオン交換(EDI)についてです。



8. Elix純水の秘密(4)

今回はいよいよElixの心臓部であるEDI(Elactric Deionization:連続イオン交換)についてです。
実はEDIにもいくつか種類はあるのですが、メルクミリポアのEDIはロングライフEDIといわれています。ではまずEDiとは…

EDIはイオン交換樹脂の再生・交換をすることなく、連続してイオン交換を行い、純度が低下しないとういうのが大きな特徴です。通常イオン交換樹脂は樹脂が飽和近くになるにつれ純度が低下しますのでそこに大きな違いがあります。(図1)
通常EDIは前回お話ししたRO(逆浸透)膜の後段に配置し、これにより最も安定した高い水質の「純水」を精製することができます。

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EDIは大きくはイオン交換樹脂、イオン交換膜、電極から構成されており、図2のように組み合わせて写真のようなモジュールにします。
ここでは活性炭も入っていますが、これはロングライフEDIのミソになるもので、次回に説明します。




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モジュール内で水が上から下に流れていく間に、電圧をかけることとで図3のように水中のイオンが移動し、イオン交換膜により選択的にイオンが透過されます。するとイオンが希薄になる層と濃縮される層ができて、前者を純水としてタンクに貯水します。
モジュール内にイオンの蓄積がない、つまり飽和が生じないので水質が低下することがないのです。
英語ではElectric deionizationなので、「電気イオン交換」なのですが、常にイオン交換し続けることができるので連続イオン交換と呼ばれています。

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EDIは他にもメリットとして
  • 再生に使用する薬品を使わなくていい
  • 薬品廃液が出ない
  • 定期的なメンテナンスを必要としない
などがあり、環境にも、メンテナンスする人にも優しい技術なのです。

» さらに詳しくEDIの原理について知りたい場合は、 超純水・純水の技術解説 連続イオン交換 を、水の定義については超純水と純水の定義をご覧ください。

次回は、EDIの中でも「ロングライフEDI」と呼ばれるものについて、その秘密をご紹介します。



9. Elix純水の秘密(5)

今回は、ロングライフEDIというメルクミリポアだけの特別な技術をご紹介します。

実はEDIは連続イオン交換といっても、何年もメンテナンスなしに使えるものではありません。実際、Elixより前のMilli-RXという装置ではEDIも2年に1回くらいのメンテナンスが必要でした。
いくつか理由はあるのですが、主な原因は、陰極側の平板電極に炭酸カルシウムのスケール(付着)が発生し、電流が流れにくくなってしまうからです。電流が流れなければEDIモジュール内でイオンがうまく分離されず、純度が落ちてしまい、メンテナンスが必要となります。

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では、なぜ炭酸カルシウムのスケールがおきるのか?それは水中のカルシウムイオンと炭酸ガスに起因しています。
通常はこの2つが存在するだけで炭酸カルシウムの生成反応がすすむわけではありません。
ところが、炭酸(H2CO3)はpH 11.6以上では炭酸イオン(CO3 2-)となり、カルシウムイオン(Ca2+)と強く結び付いて、水に溶けにくい炭酸カルシウム(CaCO3)となってしまうのです(図1)。EDIの陰極付近では水の電気分解により、H2ガスと水酸化物(OH-)イオンが発生するのでpHが高くなります(図2)。そしてカルシウムイオンが来ると、電極にスケールができるわけです。
すこし長くなってしまいましたが、EDIの劣化の原因が、お分かりいただけましたでしょうか。

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これに対し、ロングライフEDIは5年、10年と性能が低下しない画期的なものです。
では、なぜそんなことができるのか?
結論としては、ロングライフEDIはカルシウムのスケールを起こさない仕掛けがあるからです。スケールを起こす原因は、炭酸、カルシウム、高いpHであることをお話ししましたが、これを解消することができればいいわけです。炭酸やカルシウムは前処理に何かしら(例えばカルシウムは軟水器を付ける)すればいいのですが、これでは手間やメンテナンスが余計かかってしまいます。
そこで、pHが高くならないような、つまり水酸化物イオンが高濃度にならない環境を作ることで開発を進めました。これができれば、スケーリングが起こらないはずです。
そこで使われたのが、粒状のカーボンです。

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メルクミリポアのEDIには陰極側(の部屋)にこの粒状のカーボンを敷き詰めてあります。カーボンは導電性が高いので、電極からの電子はカーボンに伝わり、その表面で電極反応がおこります。さらに粒状カーボンなら平板電極より表面積が非常に大きくなるので(図3)、単位面積あたりの水酸化物イオンの発生量が大幅に減り、つまりpHが下がることになります(図4)。すると、スケーリングが発生しなくなるわけです。 これは、メルクミリポアの特許技術で、交換不要、メンテナンス不要と謳うのはそういった根拠があるからです。そして、ここ10年ぐらいで薬品再生が必要な再生型イオン交換樹脂を使った純水装置や、大量のエネルギーが必要な蒸留器からElix(RO+ロングライフEDI)へと純水装置の主役が代わってきているのです。

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» さらに詳しく知りたい場合は、 テクニカルライブラリーの The R&D NotebookVol. 16「第2世代連続イオン交換EDI ~真のメンテナンスフリーのためのスケーリング防止機構を組み込んだEDI~をダウンロードしてご覧ください。

NEW EDIモジュールについての動画はこちらをご覧ください。

次回は、「純水中で微生物が繁殖する?- 微生物殺菌用の254nmUV」をご紹介します。



10. Elix純水の秘密(6)

純水は、ほとんど不純物がないきれいな水ですね。だから、栄養がないので菌ははえないと思っていませんか?実は…

実は純水にも生える微生物、菌があります。しかも純水には当然塩素が入っていませんから一度生えたら殺菌されることもなく、増殖していきます。
ですから、純水精製や貯水には微生物の増殖を抑える仕組みがあるのが望ましいのです。そこで有効なのが紫外線(UV)殺菌灯になります。よく使われるのが254nmという波長の紫外線です。これは遺伝子に傷をつけ微生物をそれ以上増殖させない作用があります。Elix UV、Elix Advantageには精製の最後(図1)に254nmUVを照射し菌の発生を抑えています(図2)。
もちろん貯水タンクにも254nmUVは重要です。たまり水は腐りやすいとは昔からよく言ったものですが、純水はタンクに比較的長時間溜まっていますから 微生物の汚染を受けやすいのです。

純水システムフロー


また、よく蒸留水は加熱しているから菌はいないといわれることもありますが、熱に強い菌もいますし、蒸留器のタンクは普通のポリタンクですから、微生物の繁殖を抑える効果は期待できません。そもそも装置から外せませんから、数年間洗うこともなく使用され続けられるのが実情です。

化学系などでは微生物は気にしないときもありますが、菌に汚染された、ひどいときは「ぬめり」のついたタンクに入った水は、「純水」としては考えものです。殺菌灯が万能というわけではないですが、非常に効果の高い方法であることは確かです。純水での試験、超純水への供給水として微生物が大量に繁殖した純水とならないよう気をつける必要があります。

純水精製ラインにおける紫外線の効果


» さらに詳しく知りたい場合は、 テクニカルライブラリーの The R&D NotebookVol. 11「純水システムの微生物管理における紫外線の最適な使用方法」をダウンロードしてご覧ください。

次回は、「純水の貯水タンクって実は重要!」です。



11. 純水タンクの重要性(1)

ところで、なんで純水装置には貯水タンクがあるのでしょうか。それは…

Elixや蒸留器には純水を貯水する為のタンクがありますが、そもそも、なぜこの貯水タンクはあるのでしょうか。
それは、純水装置は製造速度が1時間に数Lと比較的ゆっくりなのに対し、純水を採水したり超純水を製造する速度は、1分間に1L~数Lと早いので、タンクがないと水がすぐに使えなくなるのです。超純水装置と同じ製造速度の純水装置もありますが、そちらは非常に大型でしかも1日にそれほど動かす必要もないので、あまり効率的ではありません。ですから、純水装置は採水しないときでも水を作り、必要な時に一気に使えるようにタンクがあるのです。
ところがこのタンク、純水が貯まっている時間があるので、その間に水質の汚染が進んでしまう場合があります。前回の微生物の影響もそのうちの一つです。他にも、タンク素材や汚染外気からの汚染、などが考えられます。超純水使用の10のルールにもあるように、超純水は入れた容器素材からの汚染があります。そして純水も超純水ほどではないですが、その性質があるのです。容器と接している時間が長い分だけ、影響も大きいとも考えられます。
では、Elixの純水タンクはどうでしょうか。その選定には溶出が少ないことを第一に考え、高密度ポリエチレンを数種類検討、しその中で一番溶出が少ないものを使用しています。(図1、表1)
また、微生物が生えにくいように光が入らないようにもなっています(その代り外から水位が見えないのでフロートセンサーで装置にて確認できるようにしています)。

各種素材からの溶出 各種素材からの溶出試験結果

Elixに限らず、純水タンクは装置と同じく10年前後の期間使用するものですが、普段見えないからといって、何も管理しなければどうでしょう。
今、汚染がされているのかどうかわかりますか?
汚染に気付かず使い続けてしまっていませんか?
問題があった時、いつからの汚染だったでしょうか?
これらが不明のままでは、それまでの試験の信頼性を落としてしまいます。ですから購入初期から溶出が少なく、バクテリア対策がされていることが重要なのです。

» さらに詳しく知りたい場合は、 テクニカルライブラリーの The R&D NotebookVol. 4「超純水システムにおける純水貯留用タンクの最適化」をダウンロードしてご覧ください。

次回は、「タンクのもう一つの汚染原因である外気から、汚染を防ぐ方法」です。



12. 純水タンクの重要性(2)

純水タンクは汚染させないようにすることが重要と前回お話ししましたが、今回はもう一つの汚染源、外気に対してはどうするか…

そもそも純水は純水タンクに入っているのだから、外の空気から汚染されることなんてないのでは?と思われるかもしれません。確かに密閉されたタンクであればそうかもしれませんが、タンクから純水を採るときはどうでしょう。水が出なくなるか、タンクが変形してしまいます。
ですから、タンクには空気を出入りさせるための穴があります。そして、採水した純水と同じ量だけ外気がタンクに入ってきます。その外気が酸やアルカリ、有機溶剤などを含んでいれば、タンク内の純水はそれだけ汚染されてしまうのです。

エアベントフィルターそこでタンク内の純水を外気からの汚染から守るために必要なのが、エアベントフィルターです。よくあるのはメンブレンフィルターを空気穴につけるタイプで、これは微粒子、微生物の進入を防ぎます。ところが、揮発性有機化合物(VOC)や二酸化炭素といった気体は防ぐことはできません。そこでElixのタンクにはメンブレンフィルターのほかに、ソーダライム、活性炭がある3層エアベントフィルターを使用しています。これによりソーダライムで二酸化炭素を除去し、活性炭で有機物を除去し、純度の低下を抑えます。




エアベントフィルター中の活性炭の効果ところで、ジクロロメタンやトルエンのようなVOCはそもそも水に溶け込まないのではと思われがちですが、汚染は受けます。純水や超純水は特に溶解能力が高いので、影響を抑える必要があります。そこで、エアベントフィルターに活性炭がある(図1)ときと活性炭がない(図2)ときを比較してみました(グラフ1)。活性炭がある場合はない場合に比べて明らかにタンク内純水のTOC(総有機物量)の濃度が低くなりました。もちろん、超純水への影響も低くなります。詳しくはテクニカルライブラリーの The R&D NotebookVol. 4「超純水システムにおける純水貯留用タンクの最適化」をご覧ください。
純水は作るときに高純度で精製するだけでなく、貯水中に汚染を防ぐことで実験・試験、また超純水の供給水として適した水質を達成できるのです。※ここで注意!3層エアベントフィルターの除去能力は純水を使う(空気が通る)ほど低下していきます。放っておくとただのフィルターになってしまいますので適宜交換が必要です。

次回からは、いよいよMilli-Q(ミリQ)についてご説明します。



13. ミリQ(Milli-Q)水の基本(1)

ミリQ水とは超純水装置ミリQ(Milli-Q)により精製された超純水のことですが、ところで水質表示の「18.2」の意味をご存知ですか?それは…

ミリQの水質表示で「18.2MΩ・cm」と出ているのは比抵抗値と呼ばれる、水中の無機イオンの総量の指標となるものです。単位は「メグオームセンチメートル」と読みます。

ミリQ水の基本水(H2O)は、実はほとんど電気を通しません。ですから非常に電気抵抗が高いのです。理論的には25℃において18.248MΩ・cmとなります。しかし不純物であるイオンが混入していると電気を通しやすくなってしまい電気抵抗が低くなる、つまり比抵抗値が下がってきてしまいます。「18.2」というのは、ご使用いただいているミリQが、限りなくH2Oに近い水を作っているということになります。皆さまの装置はいかがでしょうか。
ミリQ百科の一番最初でもお話しましたが、水質にはもうひとつ、「TOC(ティーオーシー)」という有機物の総量の指標を使います。「TOC」とは「Total Organic Carbon」の略で、全有機体炭素つまり有機物由来の炭素(C)の量をいいます。これにより水中にある有機物濃度を見ることができます。
「18.2」が出ていれば超純水でしょうと思われがちですが、実は気をつけなければならないのが、比抵抗値が示す無機イオンの量とTOCが示す有機物の量には相関がないことです。ミリQに18.2と出ていても有機物濃度が高いこともあります(これは前処理の純水の純度に依存するところが大きいです)。もし、有機物の分析(たとえばHPLC)で、ベースとなる超純水中に有機物が多く存在していたらどうでしょう。分析中のバックグラウンドが高くなり、正しい分析結果が得られなくなります。また、TOCは室内環境や原水水質によって変化する場合もあります。ですから、ミリQの水質を見るときには、無機イオンと有機物の両方測定することで、いつでも安定した結果を得られるよう管理することが重要となります。

次回はいまさら聞けない?この単位についてもう少し詳しく見てみましょう。




14. ミリQ(Milli-Q)水の基本(2)

ミリQ水の水質表示は「比抵抗値」と「TOC値」、いつも見ているけど、実は何のことか聞けない…。なんてことありませんでしたか。ちょっと詳しく見てみましょう。

今回は比抵抗値について見てみましょう。
そう、ミリQに出ている「18.2」という数値です。18.2MΩ・cmというのは水中に無機イオンがほとんどない状態を示していますが、もし不純物のイオンが全くなければ抵抗は∞でないの?と思いませんか。実は水(H2O)もわずかですが「H+」と「OH-」に解離しているので、電気はわずかに流れ、水温25℃の時には比抵抗値が18.2MΩ・cmとなります。
ここで水温25℃といったのには理由があります。H2Oの解離の度合いは温度により異なります。水温が低ければ解離が小さい(=「H+」、「OH-」が少ない )、逆に水温が高ければ解離が大きい(= 「H+」、「OH-」が多い)ので、水温によりイオンの量が違う、つまり比抵抗値が異なるのです(図1)。
実際、ミリQ水の水温は室内環境などにより異なりますから、比抵抗値も変化します。ただし、実際にミリQで表示しているのは、自動的に水温25℃の時の比抵抗値に計算しなおした(温度補償といいます)ものです。この温度補償をせずに表示させることもできますが、いちいち水温と比抵抗値の関係を見ながら、これは超純水?と確認するのも大変ですよね(水質の確認方法で定められている場合もあるのでそのような時に使います)。
お気づきかもしれませんが、比抵抗を測定するには電気抵抗と温度を測定するためのセンサーが両方必要となります。比抵抗は0.1℃違っただけでも変化しますから、高い精度のセンサーが必要となるのです。
では、どのくらいの不純物で比抵抗は変化していくのか?
イオンの種類によって異なりますが、例としてNaClの濃度との関係を表1に示します。参考にしてみてください。

比抵抗値
» さらに詳しく比抵抗値について知りたい場合は、 超純水・純水の技術解説 導電率センサーと比抵抗センサーを、ご覧ください。

次回は、「TOC値」についてもちょっと詳しく見てみましょう。



15. ミリQ(Milli-Q)水の基本(3)

前回まで、ミリQ水の水質表示で「比抵抗値」をお話しました。今回は「TOC値」についてです。水中の有機物濃度は確認していますか?

今回は12からの続きですが、「TOC(ティーオーシー)」について見てみましょう。
まず、なぜ超純水のTOCを見るのかですが、水中の不純物は「無機イオン」と「有機物」に大きく分けられます。ところが、前回の「比抵抗値」は、水中の無機イオンの総量の指標にしかなりません。そこで有機物の指標となるTOCを見るわけです。
一言に有機物といっても様々です。天然物では炭水化物、タンパク質やアミノ酸、核酸、セルロースなど、人工物ですと農薬、環境ホルモン、ダイオキシン、有機溶剤、香料、医薬品など合成有機化合物など数えたらきりがないですね。ですから、有機物濃度を見るといっても個々に何がどれだけあるかを見るのは現実的ではありません。そこで有機物を総量で見るために素ともいえる「炭素:C」を見るわけです。
では、TOCはどのように測定をしているのか。測定方法はいくつかありますが、ミリQでの紫外線酸化-導電率方式について、グラフ1と図1で、どのように測定がされているかを順を追って見てみましょう。

TOC TOC計

ステップ 動作・現象
1.パージ バルブが開放され、セル中の水を放出
2.初期導電率測定 超純水水質が安定したらバルブを閉じる
3.酸化 UVランプを点灯(UV ON)し、セル中の超純水にUVを照射する。
これにより有機物が酸化分解され、イオンが増加(導電率上昇)する。
有機物が完全に酸化分化されると、導電率が一定となる。
初期導電率との差(ΔC)より、炭素量を算出する。
4.パージ バルブが開放され、セル中の水を放出(1.と同じ)

この方式は、初期導電率と酸化分解後の導電率の差を見ています。ミリQ水は18.2MΩ・cmでもともとイオン性のものは極限まで除かれていて、初期導電率も安定していますから、高精度のTOC測定ができます。
測定は有機物の濃度にもよりますが、2、3~数分かかります。ですから、表示に出てくるのは少し前の超純水のTOC値となります。ですが、ミリQ水の水質というのは分刻みや秒刻みでそれほど動きませんし、ましてわずかな時間で数10pppb変動するということもありません。さらにミリQは1時間に数分間装置内部の水を循環し、水質保持とTOCの測定をしていますから、出ている数値を現在の水質と見ていただいて問題ありません。ミリQを使われている方はお気づきでしょうが、TOCをずっと見ていても値はそれほど大きく動きませんよね。ポイントは、普段どのくらいのTOC値かを知っておくことです。そして、TOCの大きな変化がないことを確認することが大切です。

» さらに詳しくTOCについて知りたい場合は、超純水・純水の技術解説 TOCモニターを、ご覧ください。

紫外線による酸化分解の話も出ましたが、これはまた別に詳しくお話したいと思います。

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