水晶材料のシリカ（SiO₂）純度を計算する方法

まず始めに、GDMS（グロー放電質量分析）レポートが必要です。これは、シリカ（SiO₂）の理論純度の予備的な推定を行うために使用することができます。ただし、以下の主な制限と計算方法に注意する必要があります：

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GDMSレポート

1.SiO₂純度の推定方法例

(1) 直接算定方式（主成分控除方式）

前提である：
石英管の主成分はSiO₂で、他の元素はすべて不純物とみなされる。

フォーミュラ：
SiO₂純度≒100% - Σ（全不純物元素の含有量）

計算ステップ：

1. 報告書から、酸素とケイ素以外のすべての不純物元素の含有量（重量ppm）を抽出する。
2. 不純物含有量を合計し、総不純物含有量を求める。
3. 100%から総不純物割合（ppm÷10,000）を引く。

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(2)実績計算（レポートデータに基づく）

検出された不純物の総量（単位：ppm）を測定する：

Li (0.16) + B (1.1) + Na (0.29) + Mg (0.05) + Al (11) + Ti (3.4) + K (0.58) + その他の上限 (例: Fe <0.5, Cr <0.5...)

≈ 0.16 + 1.1 + 0.29 + 0.05 + 11 + 3.4 + 0.58 + 0.5 (Fe) + 0.5 (Cr) + 0.05 (Ni) + 0.1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18.73 ppm (保守的な推定値、上限値を用いて算出）

SiO₂の純度：
100% - (18.73 ÷ 10,000) = 100%。 99.8127%

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(3) 補正ファクター

• 未検出の要素： 報告書に「-」と記載されている元素（Au、Hgなど）は、装置の検出限界以下である可能性がありますが、不純物合計にはカウントされません。
• 酸素含有量は定量されていない： 報告書では酸素を「主成分」としか記していないが、実際のSiO₂では酸素が53.2%を占める（化学量論比の補正が必要）。

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2.純度評価 結論

• 保守的な純粋さ： ≥ 99.81%以上（GDMSで検出された不純物の上限値を用いて算出）
• 実際の純度はもっと高いかもしれない： 一部の元素が上限を大きく下回る場合（例えば、Feはわずか0.1ppm）、純度は以下のようになる。 99.9%.

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3.主な制限と考慮事項

(1) GDMS法の限界

• 半定量的データ： 例えば、0.5ppm未満の鉄は、実際には0.1ppmまたは0.01ppmである可能性があり、これは純度の計算に大きく影響する。
• 光のエレメントが欠けている： GDMSはCやHのような軽元素の検出能力が弱いため、不純物全体を過小評価する可能性がある（例えば、ヒドロキシルOH-は検出されない）。

(2) 業界標準との比較

素材グレード	典型的なSiO₂純度要件	GDMSから推定される純度	基準を満たしている
工業用石英	≥99.5%以上	99.81%	はい
太陽光発電グレードの石英	≥99.9%以上	惜しいが不透明	ICP-MSによる検証が必要
半導体グレードの石英	≥99.99%以上	未達成	いいえ

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4.本材料の推奨用途

• 工業用/一般用： 純度は99.8%で十分であり、そのまま使用できる。
• 太陽電池/半導体用：
  • ICP-MSを使用して、重要な金属不純物（Fe、Naなど）が本当に0.1ppm以下かどうかを確認する。
  • 水酸基含有量（OH- < 5 ppm）を測定するために、FTIRテストを補足する。

概要
この材料は高純度の工業用石英に属するが、半導体グレードの要件（4N5または5N）を満たしていない。

決定の根拠
顧客のプロセスがFe/Na汚染に敏感な場合（例：PERC太陽電池）、実際の不純物レベルの検証を優先すべきである。