JP2018151289A

JP2018151289A - 油分分析装置及び油分分析方法

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Publication number: JP2018151289A
Application number: JP2017048472A
Authority: JP
Inventors: 加藤　宗; So Kato; 加藤　　宗; 聡湯本; Satoshi Yumoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27

Abstract

【課題】油分分析を適切に行う油分分析装置及び油分分析方法を提供する。
【解決手段】油分分析装置１００は、ＱＣＭセンサ１７と、ＱＣＭセンサ１７が載置されるセンサホルダ１８等と、少なくともセンサホルダ１８等を所定温度に加熱するヒータ２１と、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体をＱＣＭセンサ１７に分注するサンプル分注ノズル１５と、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数に基づいて、分注された液体に含まれる油分の質量を算出する制御・演算部と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、油分分析装置及び油分分析方法に関する。

石油・ガスの生産に伴う随伴水や、水処理設備で扱われる水の他、生活廃水や工業排水といった「被処理水」に含まれる油分の分析に関して、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。すなわち、特許文献１には、「被処理水中の油分を全てヘキサンに移動させ…、そのヘキサンを水晶振動子上に微量供給し、ヘキサンのみを蒸発させる」ことが記載されている。また、特許文献１には、「ヘキサン蒸発後の水晶振動子上に残留・付着した物質（ヘキサン抽出物質（油分））の質量を水晶振動子の共振周波数の変化量から測定する」ことが記載されている。

特開２０１５−１６５１９９号公報

ところで、特許文献１に記載されているように、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体が水晶振動子上に微量供給されると、常温環境下であっても、ヘキサンが数秒〜数十秒で蒸発する。
一方、公定法（水質汚濁防止法）では、前記した液体を８０℃±５℃の範囲内に加熱した上で、この液体に含まれる油分の質量を測定することが定められている。油分の質量を測定する際の温度を考慮すると、特許文献１に記載の技術は、公定法に完全には準拠したものではなかった。したがって、公定法に準拠し、油分分析をさらに適切に行うことが望まれている。

そこで、本発明は、油分分析を適切に行う油分分析装置及び油分分析方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る油分分析装置は、水晶振動子と、前記水晶振動子が載置される載置部と、少なくとも前記載置部を所定温度に加熱する加熱部と、溶媒に油分が抽出されてなる液体を前記水晶振動子に分注する分注ノズルと、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、前記水晶振動子に分注された前記液体に含まれる前記油分の質量を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る油分分析方法は、水晶振動子が載置される載置部を所定温度に加熱する加熱工程と、溶媒に油分が抽出されてなる液体を前記水晶振動子に分注する液体分注工程と、前記水晶振動子の発振周波数を測定する発振周波数測定工程と、前記発振周波数に基づいて、前記溶媒が蒸発した後の前記水晶振動子に残留する前記油分の質量を測定する油分測定工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、油分分析を適切に行う油分分析装置及び油分分析方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る油分分析装置の斜視図である。本発明の実施形態に係る油分分析装置におけるＱＣＭセンサ付近の縦断面斜視図である。本発明の実施形態に係る油分分析装置が備える制御回路の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る油分分析装置の制御・演算部が実行する処理のフローチャートである。本発明の実施形態に係る油分分析装置において、センサホルダの凹部に液体が分注されている様子を示す説明図である。本発明の実施形態に係る油分分析装置において、サンプル分注ノズルを介して液体の一部が吸い出された状態を示す説明図である。本発明の実施形態に係る油分分析装置において、センサホルダ等とシールドカバーとの間の隙間を空気が通流する様子を示す縦断面図である。

≪実施形態≫
＜油分分析装置の構成＞
図１は、実施形態に係る油分分析装置１００の斜視図である。
図１に示すようにｘ・ｙ・ｚ軸を定義する。なお、ｚ軸の方向は、鉛直方向である。
油分分析装置１００は、図２に示すＱＣＭセンサ１７（Quartz Crystal Microbalance：水晶振動子）に分注された液体に含まれる油分の質量等を算出する（つまり、油分分析を行う）装置である。前記した「液体」とは、被処理水に含まれる油分がｎ−ヘキサン（溶媒）に抽出されてなる液体である。

なお、被処理水に含まれる油分の分析は、公定法に準拠した方法で行われる。公定法では、被処理水からｎ−ヘキサン（以下、単に「ヘキサン」という。）に抽出される物質が、被処理水に含まれる「油分」であると定義されている。

また、公定法では、被処理水に含まれる油分をヘキサンに抽出し、そのヘキサンを蒸発させた後に残留する油分の質量に基づいて、もとの被処理水の油分濃度を算出することが定められている。本実施形態では、油分がヘキサンに抽出されてなる液体をＱＣＭセンサ１７に分注し、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数（共振周波数ともいう。）に基づいて、油分の質量等を算出するようにしている。

図１に示すように、油分分析装置１００は、シリンジ１１と、パルスモータ１２と、プランジャ用スライダ１３と、サンプル送液チューブ１４と、サンプル分注ノズル１５（分注ノズル）と、を備えている。
また、油分分析装置１００は、前記した構成の他に、ノズル位置調整用ステージ１６と、ＱＣＭセンサ１７（図２参照）と、センサホルダ１８と、ホルダ支持部１９と、シールドカバー２０（カバー）と、ヒータ２１（加熱部）と、熱交換器２２と、を備えている。
さらに、油分分析装置１００は、エア供給チューブ２３ａ，２３ｂと、エアフローインレット２４と、エアポンプ２５（空気供給部）と、温度センサ２６（図３参照）と、支持体２７と、回路基板２８と、を備えている。

シリンジ１１は、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体に圧力を加えることで、サンプル送液チューブ１４を介して、サンプル分注ノズル１５に所定量の液体を押し出すものである。シリンジ１１は、支持体２７に設置され、また、支持体２７から取外し可能になっている。シリンジ１１は、図示はしないが、ｚ方向に移動可能なプランジャと、このプランジャの移動に伴ってｚ方向に摺動するピストンと、を備えている。そして、ピストンが上向きに摺動することによって、シリンジ１１内の液体のうち、所定量の液体がサンプル送液チューブ１４に押し出されるようになっている。

なお、所定量の被処理水にヘキサンを混合し、この被処理水に含まれる油分の略全てをヘキサンに抽出する処理が、別の装置（図示せず）を用いて事前に行われている。そして、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体の一部が取り出され、蓋１１ａが開けられたシリンジ１１の中に供給される。液体の供給後、シリンジ１１は、蓋１１ａが閉められた状態で支持体２７に設置される。
ちなみに、プランジャ（図示せず）のｚ方向の移動を利用して、被処理水に含まれる油分をヘキサンに抽出する処理をシリンジ１１内で行うようにしてもよい。

パルスモータ１２は、後記する制御・演算部２８ｃ（図３参照）からの指令に従って、シリンジ１１のプランジャ（図示せず）をｚ方向に移動させる駆動源であり、支持体２７に設置されている。
プランジャ用スライダ１３は、パルスモータ１２の回転運動をプランジャ（図示せず）のｚ方向の直線運動に変換するラック・ピニオン機構であり、支持体２７に設置されている。

サンプル送液チューブ１４は、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体を、シリンジ１１からサンプル分注ノズル１５に導く管である。サンプル送液チューブ１４の一端はシリンジ１１の蓋１１ａに差し込まれ、他端はサンプル分注ノズル１５に差し込まれている。

サンプル分注ノズル１５は、サンプル送液チューブ１４を介して供給される液体をＱＣＭセンサ１７に分注するノズルである。サンプル分注ノズル１５は、固定具１６ａを介して、ノズル位置調整用ステージ１６に固定されている。また、サンプル分注ノズル１５はｚ方向に延びており、その開口ｈ１（図６参照）がＱＣＭセンサ１７に臨んでいる。

ノズル位置調整用ステージ１６は、サンプル分注ノズル１５のｚ方向の位置を調整するステージであり、支持体２７に設置されている。ノズル位置調整用ステージ１６は、ボールねじ（図示せず）等を用いて、サンプル分注ノズル１５の高さを手動で調整できるようになっている。なお、ノズル位置調整用ステージ１６をｚ方向に移動させるモータ（図示せず）を設置し、このモータを、制御・演算部２８ｃ（図３参照）からの指令によって駆動するようにしてもよい。

図２は、油分分析装置１００におけるＱＣＭセンサ１７付近の縦断面斜視図である。
なお、図２に示すＱＣＭセンサ１７に関しては、縦断面ではなく、その全体を図示している。
ＱＣＭセンサ１７は、自身に分注された液体の質量変化（つまり、液体に含まれるヘキサンの蒸発）に伴って発振周波数が変化するセンサであり、円盤状を呈している。

ＱＣＭセンサ１７は、水晶板１７ａと、この水晶板１７ａの表面に設置される表面電極１７ｂと、水晶板１７ａの裏面に設置される裏面電極１７ｃ（図６参照）と、を備えている。そして後記する発振回路２８ａ（図３参照）から所定周波数の電圧が表面電極１７ｂ・裏面電極１７ｃ間に印加されることによって、水晶板１７ａが、その厚みすべり方向に振動（共振）するようになっている。

センサホルダ１８は、ＱＣＭセンサ１７が載置される凹部Ｇ（図６参照）を有するホルダであり、ホルダ支持部１９に対して出し入れ可能になっている。つまり、油分分析が行われた後、センサホルダ１８を引き出して、ＱＣＭセンサ１７に残留している油分を拭き取り、さらに、ホルダ支持部１９にセンサホルダ１８を装着できるようになっている。図２に示すように、センサホルダ１８は、下側センサホルダ１８ａと、上側センサホルダ１８ｂと、を備えている。

下側センサホルダ１８ａは、縦断面視において凸状を呈している。下側センサホルダ１８ａの下面、及び下側センサホルダ１８ａのｘ方向両端の側壁面は、ホルダ支持部１９の内壁面に摺接している。また、下側センサホルダ１８ａの上方に突出している部分には、ＱＣＭセンサ１７が載置されている。

上側センサホルダ１８ｂは、その外形が直方体状を呈している。上側センサホルダ１８ｂのｘ方向両端の側壁面は、ホルダ支持部１９の内壁面に摺接している。上側センサホルダ１８ｂは、溶着やネジ止め等によって、下側センサホルダ１８ａに対して剛に接続されている。

図２に示すように、上側センサホルダ１８ｂには、ｚ方向に貫通する孔ｈ２が形成されている。この孔ｈ２の下部に、下側センサホルダ１８ａが嵌挿されている。これによって、ＱＣＭセンサ１７が載置される凹部Ｇ（図６参照）が形成されている。
また、孔ｈ２の上部は、上方に向かうにつれて径が大きくなるように形成されている。これは、ヘキサンが蒸発している様子を、後記する透明板２０ａを介して作業員が見やすくするためである。

図２に示すように、ＱＣＭセンサ１７の表面の周縁部と、上側センサホルダ１８ｂと、の間の隙間（ｚ方向）には、ＯリングＲ１が設置されている。同様に、ＱＣＭセンサ１７の裏面の周縁部と、下側センサホルダ１８ａと、の間の隙間（ｚ方向）には、別のＯリングＲ２（図６参照）が設置されている。つまり、ＱＣＭセンサ１７は、上側センサホルダ１８ｂと下側センサホルダ１８ａとの間に、ＯリングＲ１，Ｒ２（図６参照）を介して挟みこまれた状態で固定されている。

図２に示すホルダ支持部１９は、センサホルダ１８を支持するものであり、支持体２７に設置されている。ホルダ支持部１９は、センサホルダ１８を出し入れできるように、縦断面視（ｘｚ平面の断面）で凹状を呈している。また、ホルダ支持部１９の上面と、センサホルダ１８の上面と、は略面一になっている。

なお、ＱＣＭセンサ１７（水晶振動子）が載置される「載置部」は、センサホルダ１８と、ホルダ支持部１９と、を含んで構成される。また、センサホルダ１８及びホルダ支持部１９（以下、「センサホルダ１８等」という。）の構成材料として、アルミニウム等、伝熱性の高いものを用いることが望ましい。後記するヒータ２１からの熱が、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体に、センサホルダ１８等を介して伝熱しやすくするためである。

図２に示すシールドカバー２０は、油分分析装置１００付近の気流の変化（ドアの開け閉めや、エアコンの運転・停止）が油分分析の結果に及ぼす影響を抑制するための板状部材である。このシールドカバー２０は、センサホルダ１８等の上側に配置され、ホルダ支持部１９に固定されている。

シールドカバー２０は、平面視で矩形状を呈する透明板２０ａを備えている。この透明板２０ａは、サンプル分注ノズル１５がｚ方向に挿通される挿通孔ｈ３を有している。シールドカバー２０において透明板２０ａ以外の部分は、例えば、金属化合物で形成させている。なお、シールドカバー２０の構成材料は、これに限定されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）ともいう）、又はポリエーテルエーテルケトン（Poly Ether Ether Ketone：ＰＥＥＫ）でシールドカバー２０を構成してもよい。

図２に示すように、シールドカバー２０は、縦断面視（ｙｚ平面の断面）で逆Ｕ字状を呈し、その両端部はセンサホルダ１８等に当接している。また、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間には、ｚ方向において所定の隙間が設けられている。この隙間を介して、エアポンプ２５（図１参照）からの空気がｘ方向一方側から供給され、他方側に放出されるようになっている（図６参照）。

図２に示すヒータ２１は、少なくともセンサホルダ１８等（載置部）を所定温度に加熱する加熱器である。前記した「所定温度」とは、例えば、公定法に定められ８０℃±５℃の範囲内の温度である。なお、ヒータ２１として、例えば、電熱プレートを用いることができるが、マントルヒータ等、他の種類の加熱器を用いてもよい。また、ヒータ２１は、センサホルダ１８等の他にＱＣＭセンサ１７も所定温度に加熱し、また、次に説明する熱交換器２２のフィン２２ａを加熱する機能も有している。

熱交換器２２は、エアポンプ２５（空気供給部）によって供給される空気をヒータ２１（加熱部）の熱によって温めるものであり、ｚ方向においてセンサホルダ１８等（載置部）とヒータ２１との間に介在している。
図２に示すように、熱交換器２２は、複数のフィン２２ａと、これらのフィン２２ａを固定するための固定部２２ｂと、を備えている。

複数のフィン２２ａは、その面方向がｘｚ平面と平行な矩形状を呈しており、ｙ方向に配列されている。固定部２２ｂは、フィン２２ａを固定するための部材であり、上側が開口した箱状（凹状）を呈している。なお、フィン２２ａや固定部２２ｂの構成材料として、例えば、伝熱性の高いアルミニウムを用いることができる。
図２に示すように、固定部２２ｂの上面（開口側）は、ホルダ支持部１９の下面に固定されている。また、固定部２２ｂの下面には、前記したヒータ２１が固定されている。

エア供給チューブ２３ａは、エアポンプ２５（図１参照）から供給される空気を熱交換器２２に導く管である。そして、エアポンプ２５からエア供給チューブ２３ａを介して供給された空気が、熱交換器２２内でｘ方向に通流するようになっている（図６参照）。
図２に示す別のエア供給チューブ２３ｂは、熱交換器２２において熱交換した空気をエアフローインレット２４に導く管である。

エアフローインレット２４は、熱交換器２２において熱交換した空気を、シールドカバー２０とセンサホルダ１８等との間の隙間に導く筒状部材である。

図１に示すエアポンプ２５は、前記したように、エア供給チューブ２３ａ等を介し、さらに、センサホルダ１８等（載置部）とシールドカバー２０（カバー）との間の隙間を介して空気を供給するポンプであり、支持体２７に設置されている。

支持体２７は、シリンジ１１、ノズル位置調整用ステージ１６、ホルダ支持部１９、エアポンプ２５等を支持する部材である。
回路基板２８は、後記する制御回路２８Ａ（図３参照）等が実装された基板であり、支持体２７に設置されている。

図３は、油分分析装置１００が備える制御回路２８Ａの機能ブロック図である。
図３に示す温度センサ２６（図１等では図示を省略）は、例えば、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体の温度を検出するセンサである。なお、前記した液体の温度の検出に代えて、センサホルダ１８、ホルダ支持部１９、ヒータ２１、及び熱交換器２２の伝熱特性に基づき、これらの部品のいずれかに温度センサ２６を設置してもよい。

制御回路２８Ａには、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を備えている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

図３に示すように、制御回路２８Ａは、発振回路２８ａと、周波数測定部２８ｂと、制御・演算部２８ｃ（演算部）と、記憶部２８ｄと、を備えている。

発振回路２８ａは、制御・演算部２８ｃからの指令に従って、所定周波数で変化する電圧をＱＣＭセンサ１７の表面電極１７ｂ・裏面電極１７ｃ間に印加する機能を有している。
周波数測定部２８ｂは、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数を所定のサンプリング周期で測定する機能を有している。

制御・演算部２８ｃは、パルスモータ１２、ヒータ２１、及びエアポンプ２５を制御したり、発振回路２８ａの動作タイミングを制御したりする機能を有している。
また、制御・演算部２８ｃは、温度センサ２６の検出値に基づいて、センサホルダ１８等が（つまり、ＱＸＭセンサ１７に分注された液体が）所定温度となるように、ヒータ２１を制御する機能も有している。

また、制御・演算部２８ｃは、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体に含まれる油分の質量を、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数に基づいて算出する機能を有している。
さらに、制御・演算部２８ｃは、ＱＣＭセンサ１７に残留した油分の質量に基づいて、被処理水の油分濃度を算出する機能も有している。なお、制御・演算部２８ｃが実行する処理については後記する。

記憶部２８ｄには、周波数測定部２８ｂや制御・演算部２８ｃのプログラムが格納されている。また、記憶部２８ｄには、周波数測定部２８ｂによって測定されたＱＣＭセンサ１７の発振周波数や温度センサ２６の検出値の他、制御・演算部２８ｃの演算結果が格納される。

図４は、油分分析装置１００の制御・演算部２８ｃが実行する処理のフローチャートである（適宜、図１〜図３を参照）。なお、図４の「ＳＴＡＲＴ」時には、既に発振回路２８ａの発振動作が開始されているものとする。

ステップＳ１０１において制御・演算部２８ｃは、ヒータ２１による加熱を開始する（加熱工程）。すなわち、制御・演算部２８ｃは、ヒータ２１に所定の電流を流すことで、熱交換器２２を介してセンサホルダ１８等（載置部）を加熱するとともに、熱交換器２２を加熱する。これによって、ＱＣＭセンサ１７やセンサホルダ１８等が、例えば、約８０℃まで加熱される。なお、ヒータ２１による加熱は、分注された液体に含まれるヘキサンが蒸発し切るまでは、少なくとも継続される。

ステップＳ１０２において制御・演算部２８ｃは、ベースライン周波数ｆ_Ｏを測定する。なお、ベースライン周波数ｆ_Ｏとは、ＱＣＭセンサ１７上に液体がない状態でのＱＣＭセンサ１７の発振周波数である。

ステップＳ１０３において制御・演算部２８ｃは、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体をＱＣＭセンサ１７（図２参照）に分注する（液体分注工程）。ここで、サンプル分注ノズル１５を介した液体の分注について説明する。

図５Ａは、センサホルダ１８の凹部Ｇに液体Ｋが分注されている様子を示す説明図である。なお、図５Ａの矢印は、液体Ｋの供給（分注）を示している。
制御・演算部２８ｃは、まず、サンプル分注ノズル１５の先端と、ＱＣＭセンサ１７の表面と、の間が所定距離Ｌとなるように、サンプル分注ノズル１５を位置決めする。この位置決めの後、少なくともステップＳ１０７（図４参照）の処理までは、サンプル分注ノズル１５の位置が固定される。

そして、制御・演算部２８ｃは、シリンジ１１内の液体Ｋを、サンプル送液チューブ１４及びサンプル分注ノズル１５を介してＱＣＭセンサ１７に供給する。このようにして供給された液体Ｋは、センサホルダ１８の凹部Ｇに溜まり、その液面が上昇する。そして、制御・演算部２８ｃは、サンプル分注ノズル１５の先端が液体Ｋに浸漬するまで（つまり、液体Ｋの液面が、サンプル分注ノズル１５の先端よりも上側に位置するまで）、液体Ｋを供給する。

図５Ｂは、サンプル分注ノズル１５を介して液体Ｋの一部が吸い出された状態を示す説明図である。なお、図５Ｂの矢印は、液体Ｋの吸出しを示している。
前記した液体Ｋの供給後、制御・演算部２８ｃは、サンプル分注ノズル１５のｚ方向の位置を維持しつつ、このサンプル分注ノズル１５を介して液体Ｋを吸い上げる。このような吸上げ動作が継続されると、凹部Ｇに溜まっている液体Ｋの液面が下降し、やがて空吸い状態になる。

その結果、図５Ｂに示すように、吸上げ動作後において凹部Ｇに溜められた液体Ｋの液面高さは、サンプル分注ノズル１５の先端付近まで低下する。そして、前記した所定距離Ｌ、及び、凹部Ｇの形状に基づく所定量の液体Ｋが凹部Ｇに残される。これによって、濡れ性が非常に高い液体の分注量を、所定距離Ｌに基づいて調整できる。

前記したように、熱交換器２２、ホルダ支持部１９、及びセンサホルダ１８は、伝熱性の高い物質で構成されている。したがって、ヒータ２１からの熱が、熱交換器２２、ホルダ支持部１９、及びセンサホルダ１８を介してＱＣＭセンサ１７に伝熱され、これらの各部材が約８０℃で維持されるようになっている。その結果、凹部Ｇに分注された液体Ｋの温度は、ヒータ２１からの熱によって、公定法に定められた約８０℃に達する。

また、図４のステップＳ１０３において制御・演算部２８ｃは、例えば、数百μＬの多めの量の液体Ｋを一気に（つまり、単位時間当たりのヘキサンの蒸発量よりもはるかに多く）分注することが望ましい。仮に、液体Ｋの分注がゆっくり行われると、既に約８０℃に温められたセンサホルダ１８等の熱でヘキサンが蒸発し、結果的に過剰に多くの液体Ｋが分注される可能性があるからである。また、例えば、数百μＬの多めの量の液体Ｋを分注することで、液体Ｋに含まれる非常に微量な（希薄な）油分も含めて、その質量等を高精度で測定できる。

次に、図４のステップＳ１０４において制御・演算部２８ｃは、エアポンプ２５からの空気の供給を開始する（空気供給工程）。すなわち、制御・演算部２８ｃは、ＱＣＭセンサ１７とシールドカバー２０との間の隙間を介して空気を供給し、溶媒であるヘキサンを蒸発させる。

図６は、油分分析装置１００において、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間を空気が通流する様子を示す縦断面図である。なお、図６では、凹部Ｇに溜まっていた液体Ｋ（図５Ｂ参照）に含まれるヘキサンがほとんど蒸発した状態を示している。
図６の矢印で示すように、エアポンプ２５（図１参照）から供給された空気は、エア供給チューブ２３ａを介して熱交換器２２に向かう。熱交換器２２での熱交換によって温度上昇した空気は、別のエア供給チューブ２３ｂ及びエアフローインレット２４を順次に介して、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間に導かれる。

また、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋ（図５Ｂ参照）に含まれるヘキサンは、公定法で定められた約８０℃で蒸発し、蒸発したヘキサンが上昇する。このようにして蒸発したヘキサンは、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間を通流する高温の空気によってｘ方向に押し出され、空気とともに外部に放出される。これによって、ヘキサンの蒸発が促進されるため、ＱＣＭセンサ１７上に液体Ｋが分注されてから、略全てのヘキサンが蒸発するまでの時間を短縮できる。

また、センサホルダ１８等の上側にシールドカバー２０が配置されているため、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間に外部から空気が入ることを抑制できる。例えば、油分分析を行っているときに部屋のドアが開閉されたり、エアコンの運転・停止が切り替わったりして、油分分析装置１００付近の気流が変化したとする。このように気流が変化したとしても、シールドカバー２０が設けられているため、ＱＣＭセンサ１７におけるヘキサンの蒸発過程が非常に安定する。つまり、同一の油分濃度の被処理水を用いれば、毎回の油分分析において略同一の結果（油分濃度等）を得ることができる。

再び、図４に戻って説明を続ける。
ステップＳ１０４において空気の供給を開始した後、ステップＳ１０５において制御・演算部２８ｃは、液体Ｋ（図５Ｂ参照）が分注されたＱＣＭセンサ１７の発振周波数を測定する（発振周波数測定工程）。なお、前記したベースライン周波数ｆ_０を基準として、ＱＣＭセンサ１７に残留する油分の質量が大きいほど、発振周波数の変化量Δｆ（低下量）も大きくなる。

この発振周波数の変化量Δｆ［Ｈｚ］は、以下の式（１）で表される。
なお、式（１）に示すΔｍは、液体Ｋが分注されたＱＣＭセンサ１７の質量変化量［ｇ］（つまり、蒸発したヘキサンの質量）であり、Ａは表面電極１７ｂ・裏面電極１７ｃの面積［ｃｍ^２］である。また、ρ_ｑは水晶板１７ａの密度［ｇ／ｃｍ^３］であり、μ_ｑは水晶板１７ａのせん断応力［ｇ／ｃｍ^２］である。また、ベースライン周波数ｆ_０、表面電極１７ｂ・裏面電極１７ｃの面積Ａ、水晶板１７ａの密度ρ_ｑ及びせん断応力μ_ｑは、既知である。

Δｆ＝−２ｆ_０ ^２・Δｍ／｛Ａ・（ρ_ｑ・μ_ｑ）^１／２｝・・・（１）

ステップＳ１０６において制御・演算部２８ｃは、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数の変動が所定閾値以下であるか否かを判定する。つまり、制御・演算部２８ｃは、所定のサンプリング周期で測定されるＱＣＭセンサ１７の発振周波数において、前回と今回との差分（絶対値）が所定閾値以下であるか否かを判定する。前記した「所定閾値」とは、発振周波数が収束したか否かの判定基準となる閾値である。

なお、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋ（図５Ｂ参照）に含まれるヘキサンの略全てが蒸発した（つまり、ＱＣＭセンサ１７上に油分のみが残留した）後には、発振周波数が略一定の値に収束する。

ステップＳ１０６において発振周波数の変動が所定閾値よりも大きい場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、制御・演算部２８ｃの処理はステップＳ１０５に戻る。一方、発振周波数の変動が所定閾値以下である場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、制御・演算部２８ｃの処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において制御・演算部２８ｃは、エアポンプ２５を停止する。言い換えると、制御・演算部２８ｃは、少なくともＱＣＭセンサ１７の発振周波数の変動が所定閾値以下になるまでは、エアポンプ２５からの空気の供給を行う。

ステップＳ１０９において制御・演算部２８ｃは、ベースライン周波数ｆ_０からの発振周波数の変化量に基づいて、ＱＣＭセンサ１７上に残留する油分の質量を算出する（油分測定工程）。すなわち、制御・演算部２８ｃは、前記した式（１）に基づいて、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋ（図５Ｂ参照）に含まれる油分の質量を算出する。

ステップＳ１１０において制御・演算部２８ｃは、被処理水の油分濃度を算出する。つまり、制御・演算部２８ｃは、事前に行われる「溶媒抽出処理」で用いられた被処理水の体積と、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋ（図５Ｂ参照）の体積と、ステップＳ１０９で算出した油分の質量と、に基づいて、被処理水の油分濃度を算出する。なお、前記した「溶媒抽出処理」とは、被処理水にヘキサンを混合し、被処理水に含まれる油分をヘキサンに抽出する処理である。
ステップＳ１１０の処理を行った後、制御・演算部２８ｃは、一連の油分分析を終了する（ＥＮＤ）。

＜効果＞
本実施形態によれば、ヒータ２１（図２参照）によってセンサホルダ１８等を所定温度に加熱することで、ＱＣＭセンサ１７に分注される液体Ｋも所定温度（例えば、公定法に定められた８０℃±５℃の範囲内）に加熱される。これによって、公定法に準拠した油分分析を適切に行うことができる。

また、油分分析装置１００（図６参照）がシールドカバー２０を備えているため、部屋の気流の変化が分析結果に及ぼす影響を抑制できる。さらに、エアポンプ２５からの空気を、センサホルダ１８とシールドカバー２０との間の隙間に通流させることによって、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋに含まれるヘキサンの蒸発を促進できる。これによって、比較的多くの（例えば、数百μＬの）液体Ｋを分注した場合でも、短時間で油分分析を行うことができる。

また、熱交換器２２（図２参照）で温度上昇した空気が、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間に導かれる。したがって、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋが、前記した空気によって冷やされるおそれはほとんどない。また、温かい空気を送り込むことで、液体Ｋに含まれるヘキサンの蒸発が促進されるため、油分分析に要する時間のさらなる短縮化を図ることができる。

このように、本実施形態によれば、公定法に準拠した、高精度かつ再現性の高い油分分析を短時間で行うことができる。したがって、油分分析を専門の研究所に委託せずとも、Ｏｉｌ＆Ｇａｓ等の現場において、作業員自らが油分分析を迅速かつ適切に行うことができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る油分分析装置１００について実施形態により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、実施形態では、油分分析装置１００（図１参照）がシールドカバー２０、熱交換器２２、エア供給チューブ２３ａ，２３ｂ、エアフローインレット２４、及びエアポンプ２５を備える構成について説明したが、これらを適宜省略してもよい。このような構成でも、気流の変動の影響を若干受ける可能性はあるものの、公定法に準拠した油分分析を行うことができる。

また、実施形態では、センサホルダ１８等（載置部）とヒータ２１（加熱部）との間に熱交換器２２が介在する構成について説明したが（図２参照）、これに限らない。すなわち、センサホルダ１８等（載置部）と熱交換器２２との間にヒータ２１（加熱部）を介在させてもよい。つまり、センサホルダ１８の直下にヒータ２１を配置し、このヒータ２１の下側に熱交換器２２を配置してもよい。このような構成でも、実施形態と同様の効果が奏される。

また、実施形態では、油分の抽出に用いられる「溶媒」がヘキサンである場合について説明したが、これに限らない。すなわち、ヘキサン以外の他の「溶媒」に油分を抽出する場合にも、実施形態を適用できる。

また、実施形態では、公定法に基づき、センサホルダ１８等の温度（つまり、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体Ｋの温度）を８０℃±５℃の範囲内とする場合について説明したが、これに限らない。例えば、８０℃では揮発するような揮発性の高い油分も含めて測定する場合には、センサホルダ１８等が、前記した温度よりも低い「所定温度」となるようにしてもよい。

また、実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

１００油分分析装置
１１シリンジ
１２パルスモータ
１３プランジャ用スライダ
１４サンプル送液チューブ
１５サンプル分注ノズル（分注ノズル）
１６ノズル位置調整用ステージ
１７ＱＣＭセンサ（水晶振動子）
１８センサホルダ（載置部）
１９ホルダ支持部（載置部）
２０シールドカバー（カバー）
２１ヒータ（加熱部）
２２熱交換器
２３ａ，２３ｂエア供給チューブ
２４エアフローインレット
２５エアポンプ（空気供給部）
２６温度センサ
２７支持体
２８回路基板
２８Ａ制御回路
２８ｃ制御・演算部（演算部）
ｈ３挿通孔
Ｇ凹部

Claims

水晶振動子と、
前記水晶振動子が載置される載置部と、
少なくとも前記載置部を所定温度に加熱する加熱部と、
溶媒に油分が抽出されてなる液体を前記水晶振動子に分注する分注ノズルと、
前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、前記水晶振動子に分注された前記液体に含まれる前記油分の質量を算出する演算部と、を備えること
を特徴とする油分分析装置。
前記分注ノズルが挿通される挿通孔を有し、前記載置部の上側に配置されるカバーを備えるとともに、
前記載置部と前記カバーとの間の隙間を介して、空気を供給する空気供給部を備えること
を特徴とする請求項１に記載の油分分析装置。
前記空気供給部によって供給される空気を前記加熱部の熱によって温める熱交換器を備え、前記熱交換器で熱交換した空気が、前記載置部と前記カバーとの間の隙間に導かれること
を特徴とする請求項２に記載の油分分析装置。
前記載置部と前記加熱部との間に前記熱交換器が介在していること
を特徴とする請求項３に記載の油分分析装置。
前記載置部と前記熱交換器との間に前記加熱部が介在していること
を特徴とする請求項３に記載の油分分析装置。
水晶振動子が載置される載置部を所定温度に加熱する加熱工程と、
溶媒に油分が抽出されてなる液体を前記水晶振動子に分注する液体分注工程と、
前記水晶振動子の発振周波数を測定する発振周波数測定工程と、
前記発振周波数に基づいて、前記溶媒が蒸発した後の前記水晶振動子に残留する前記油分の質量を測定する油分測定工程と、を含むこと
を特徴とする油分分析方法。