超純水の品質を評価する3つの主要指標

超純水の純度は、主に「比抵抗値（電気抵抗率）」と「TOC値」と「微粒子数」という3つの指標で評価されます。

比抵抗値は水中のイオン量を示す指標です。イオン量が少ない超純水では電気抵抗率が高くなり、理論上最も純粋な水の比抵抗値は18.24MΩ／センチメートル（25℃）とされています。超純水はこの値に限りなく近い17.5から18.2MΩ／センチメートル程度の範囲を示します。

TOC（Total Organic Carbon：全有機体炭素）は、水中に含まれる有機物の総量を示す指標です。一般的に超純水ではTOC値が1ppb以下であることが求められます。注意すべき点は、比抵抗値とTOC値には相関がないことです。比抵抗値が18MΩ／センチメートルを示していても、有機物濃度が高い可能性があるため、両方の指標を測定して総合的に水質を評価する必要があります。

微粒子数は水中の固体粒子の数を示す指標です。一般的に超純水では粒子径0.1μmの微粒子数が1個/ml以下であることが求められます。近年では、粒子径0.05μmや0.02μmの微粒子数の保証値が求められており、保証値に合わせた高度な測定方法・分析方法で評価する必要があります。

純水と超純水の違い

純水は不純物が少なく純度の高い水を指し、一般的に比抵抗値が0.1から1.5MΩ／センチメートルの水を意味します。精製方法により、イオン交換樹脂を用いた脱塩水、逆浸透膜を通したRO水、蒸留水などと呼ばれます。超純水は純水をさらに精製し、複数の高度な精製方法を組み合わせることで不純物を極限まで減らした水です。超純水は物を溶かす力が非常に強く、空気中の不純物を取り込みやすい性質があるため、製造後の管理にも細心の注意が求められます。

オンライン計で測定される主要なパラメータ

超純水のオンライン計では、比抵抗値（電気抵抗率）とTOC値が主に測定されます。比抵抗計は配管に直接設置され、連続的に測定を行います。TOCのオンライン測定には、主に2つの方式があります。ひとつは紫外線（UV）を利用して有機物を酸化分解し、生成された二酸化炭素による導電率変化からTOC値を算出する方式です。もう一つは、有機物を完全に酸化分解するまで測定を続け、より正確なTOC値を得る完全酸化分解方式です。微粒子計は粒子に光を照射した際に発生する光の相互作用（散乱）を利用して微粒子の径や数を測定します。

オンライン計を活用する具体的なメリット

品質異常の早期発見と対応

オンライン計導入の最大のメリットは、水質異常をリアルタイムで検知できる点です。超純水製造装置の消耗品交換後や配管洗浄後は水質が一時的に低下しますが、連続監視により水質が基準値に達したタイミングを正確に把握できます。

メンテナンス頻度の最適化

超純水製造装置の状態をオンライン計で間接的に確認することで、メンテナンス頻度を適切に調整できます。過剰なメンテナンスによるコスト増加を防ぎながら、必要なタイミングで確実に保守作業を実施できます。

データの蓄積と品質管理の高度化

オンライン計で取得したデータを継続的に記録することで、超純水の品質トレンドを把握できます。製薬用水などGMP対応が求められる分野では、測定データの記録保存が規制要件となっているため、オンライン計の導入が不可欠です。

超純水分析で測定される主な項目

超純水分析では、ppb（10億分の1グラム）からppt（1兆分の1グラム）オーダーの極微量レベルでの測定が、求められます。主な分析項目として、金属元素ではナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄、銅、亜鉛、クロムなど多数の元素を、イオン分析ではふっ素イオン、塩化物イオン、硝酸イオンなど多くのイオンを測定します。

超純水分析を実施する具体的な理由

製造プロセスの品質保証

半導体製造や医薬品製造では、最終製品の品質が超純水の純度に大きく左右されます。オンライン計で異常が検知されなくても、特定の微量成分が基準値を超えている可能性があるため、定期的な詳細分析により品質を保証します。

トラブル発生時の原因究明

製造プロセスで不良品が発生した際、超純水の水質が原因である可能性を検証するために詳細分析が実施されます。オンライン計のデータだけでは判断できない汚染源の特定に分析結果が活用されます。

装置性能の検証とメンテナンス計画

超純水製造装置の性能を客観的に評価するため、定期的な分析が行われます。イオン交換樹脂や逆浸透膜の劣化状況を把握し、最適なタイミングでメンテナンスを実施できます。

規制対応とトレーサビリティ

製薬業界や食品業界では、使用する水の品質を定期的に分析し、記録を保管することが規制要件となっています。