JP4116958B2 - 油分濃度測定方法および油分濃度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、油分濃度測定方法および油分濃度測定装置に関するものであり、より詳細には自然水や、工場、下水処理場などからの排水に含まれる油分の濃度を測定する油分濃度測定方法および油分濃度測定装置に関する。

前記自然水や排水などの液体中に含まれる油分（ＨＣ成分）を測定する方法として、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ０１０２に規定される工場排水試験方法があり、その２４．２には、ヘキサン（ｎ−ヘキサン）抽出物質の測定方法（重量法）が規定されている。

図６は前記重量法による濃度の測定方法を説明する図であり、図６（Ａ）は油分抽出溶媒を用いた油分の抽出方法を説明する図、図６（Ｂ）は油分抽出液の中から油分を取出す方法を示す図、図６（Ｃ）は油分の重量を測定する方法を説明する図である。

図６（Ａ）に示すように、試料９１に含まれる油分を測定する場合には、試料９１に対してｎ−ヘキサンなどの有機溶媒からなる油分抽出溶媒９２を混合して、分液ロート９３内で攪拌した後に、攪拌させた試料９１と有機溶媒９２に数滴の塩酸９４を滴下し、分液ロート９３によって水９５を分液して廃棄する。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、油分が溶け込んでいる油分抽出液９６を分液ロート９３から取出し、図６（Ｃ）に示すように、前記油分抽出液９６から油分抽出溶媒９２を揮発させることにより揮発残留物９７を得た後に、この揮発残留物９７の重量を天秤９８などを用いて測定する。

すなわち、従来より試料９１に含まれる油分を測定する場合には、油分抽出溶媒９２を用いて油分を抽出した後に、この油分抽出液９６に溶け込んだ油分よりも低い沸点を有する油分抽出溶媒９２を揮発させることにより目的とする油分を取出した後にその重さを計測していた。しかしながら、この油分濃度の測定方法は非常に煩雑で多大の手間がかかることは避けられなかった。

また、最終的な測定が操作者の手作業によって行われるので、検出限界があるだけではなく、測定結果の再現性が悪くならざるを得なかった。とりわけ、試料９１に含まれる油分の量が微量であればあるほど、前記方法による定量は難しくなっていた。

特許文献１は、試料９１中の油分の抽出をｎ−ヘキサンのような油分抽出溶媒９２の代わりにトリクロロフルオロエタン（フロンＳ−３１６）などの指定フロンでないフロン系溶媒の液体を用いて抽出する方法を示している。つまり、油分をフロン系溶媒によって抽出することにより、このフロン系溶媒を揮発させることなく、油分抽出液に対して直接的に赤外線を照射することにより、油分抽出液を透過した赤外光の赤外吸収の中から油分（ＨＣ成分）の吸収帯域（波数２９００ｃｍ^-1付近）における赤外吸収の大きさを測定して、油分濃度測定を行う方法である。

前記フロン系溶媒を用いて油分濃度測定を行う手法では、油分抽出溶媒９２の揮発を行う必要がないだけでなく、天秤のような手作業による測定を行う必要がないので、油分濃度の測定にかかる手間を軽減できるだけでなく、微量油分であっても測定できる。

なお、フロン系溶媒には油分の吸収帯域における赤外吸収がないので、このフロン系溶媒内に油分を含ませた状態で測定を行っても、測定値に悪影響を与えることがない。また、油分抽出溶媒として用いるフロン系溶媒は精製して再利用することができるので、フロン系溶媒の使用が地球環境に悪影響を与えることもない。
特開平７−２７０３１０号公報 特開平１１−３５２１２２号公報

ところが、Ｓ−３１６のようなフロン系溶媒の油分抽出溶媒は、オゾン層破壊係数が大きいフロンガスの製造段階において生じる副産物であり、フロンガスの使用が全面的に禁止される方向にある。つまり、今後フロンガスの製造が全面的に廃止されることにより、新たなフロン系溶媒を供給できなくなることが予想される。特許文献２はフロン系溶媒を用いることなく油分濃度を測定する一つの方法を示している。

本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、フロン系溶媒を用いることなく、液体中の油分濃度を簡便に測定することができると共に、極く微量の油分であってもその濃度を精度良く測定することができる油分濃度測定方法および油分濃度測定装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の油分濃度測定方法は、表面側にボート状の凹部が形成されている板状の基材の裏面側に、表面が平坦なほぼ板状のＡＴＲ結晶をその表面が前記凹部の底面に位置するように固定してＡＴＲ結晶の表面に測定対象部を形成するとともに、前記凹部の内周辺部にフッ素樹脂によるコーティングを施して油分に対する濡れ性を悪くし、この状態で油分抽出溶媒を用いて油分が抽出された油分抽出液を、前記凹部に流し込んで該油分抽出液に溶け込んでいる油分抽出液を前記ＡＴＲ結晶の表面において揮発させ、この揮発に伴い少量となる油分抽出液を前記測定対象部に集めて該測定対象部上のみに揮発残留物を形成し、その揮発残留物に含まれる油分量を赤外線全反射吸収法によって測定することを特徴としている（請求項１）。

上記油分濃度測定方法を実施するための具体的な手段としての油分濃度測定装置は、表面側にボート状の凹部が形成され、この凹部の内周辺部にフッ素樹脂によるコーティングを施して油分に対する濡れ性を悪くしている板状の基材及び該基材の裏面側にその平坦な表面が前記凹部の底面に位置するように固定して測定対象部が形成されたほぼ板状のＡＴＲ結晶からなり、油分抽出溶媒を用いて油分を抽出した油分抽出液を前記凹部に流し込んで該油分抽出液中に溶け込んでいる油分抽出溶媒を前記ＡＴＲ結晶の表面で揮発させることにより測定対象部上のみに揮発残留物が形成されるように構成されたＡＴＲ容器と、前記揮発残留物に含まれる油分量を赤外線全反射吸収法によって測定する測定部とを有することを特徴としている。（請求項２）

前記油分濃度測定装置において、前記測定部が、赤外線を出射する光源と、この光源から出射される赤外線をインターフェログラムにする干渉計と、この干渉計を制御しながらＡＴＲ結晶を透過したインターフェログラムを検出する検出器とを備えているものでもよい（請求項３）。

請求項１に記載の発明では、油分抽出液の油分抽出溶媒を揮発させることにより、ＡＴＲ(Attenuated Total Reflection) 結晶の表面に油分抽出液に含まれる油分が揮発残留物として付着するので、このＡＴＲ結晶を用いて赤外線全反射吸収法によって揮発残留物に含まれる油分量を精度良く測定することができる。つまり、油分抽出溶媒として油分の赤外線吸収帯域における赤外吸収のあるｎ−ヘキサンを用いても、この油分抽出溶媒を揮発させることにより、その影響を無くすことができると共に、ＡＴＲ結晶を用いた赤外線全反射吸収法によって高精度の定量分析を行うことができ、その再現性も良くなる。

特に、前記ＡＴＲ結晶の表面部に測定対象部を形成し、油分抽出液を流し込む凹部の内周辺部にフッ素樹脂によるコーティングを施して油分に対する濡れ性を悪くしているので、ＡＴＲ結晶の表面の小さい面積の測定対象部上にだけ揮発残留物を付着形成することが可能となるので、それだけ測定感度が向上して、より微量の油分を精度よく定量分析することができる。また、揮発残留物を形成する面積を確定でき、測定感度を均一に保つことができるので、精度と再現性がさらに優れた定量分析を行うことができる。

請求項２に記載の第２発明では、ＡＴＲ容器内に油分抽出液を注ぎ込むだけで、小さな面積の測定対象部上に揮発残留物を形成できるので、測定部が正確な油分の定量分析を行うことができるので、油分の測定を極めて容易かつ精度よく行うことができ、再現性も向上できる。

図１〜図３は、本発明の第１実施例に係る油分濃度測定装置１の構成を説明するための図である。図１において、２はＡＴＲ結晶、３はこのＡＴＲ結晶２を底面とするように形成されたＡＴＲ容器、４はＡＴＲ結晶２の一端側２ａに対して所定の角度で赤外線ＩＲを入射させてＡＴＲ結晶２内を全反射吸収した後に他端側２ｂから出射する赤外線を用いてＡＴＲ結晶２の表面側の測定対象部２ｃに付着する揮発残留物５（詳細は後述する）の成分の量を測定する測定部である。

前記ＡＴＲ結晶２は例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなるほぼ板状の結晶であり、その両端部２ａ，２ｂに光の入射部と出射部が形成されている。ＡＴＲ結晶２の形状は、その内部を赤外線ＩＲが例えば４５°の角度で多重反射するように、断面形状は等脚台形である。また、ＡＴＲ結晶２内で多重反射する赤外線ＩＲは、図１における拡大部分Ａに示すように、揮発残留物５を形成した側に例えば２μｍ程度の深さｄで潜り込むようにして反射する。つまり、ＡＴＲ結晶２に付着する揮発残留物５によって赤外線ＩＲの吸収が生じるように構成されている。

前記ＡＴＲ結晶２をセレン化亜鉛によって形成した場合には、潜り込み深さｄを深くすることができるが、本発明は、ＡＴＲ結晶２の材料をセレン化亜鉛に限定するものではない。つまり、ＡＴＲ結晶２は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、工業用ダイヤモンドなどによって構成されていてもよい。

前記ＡＴＲ容器３は、図２，３に示すように、例えばステンレスなどの金属からなる板状の基材３ＡとＡＴＲ結晶２とからなり、基材３Ａの表面側にはボート状の凹部３ａが形成されている。また、ＡＴＲ結晶２は、基材３Ａの裏面側に接着されることにより、ＡＴＲ結晶２の上面が凹部３ａの底面３ｂに位置するように固定される。また、凹部３ａの底面３ｂに配置されたＡＴＲ結晶２の表面には、例えば３×４０ｍｍの大きさの測定対象部２ｃが形成されており、この凹部３ａの形状は凹部３ａ内に流し込まれる油分抽出液が底面３ｂの測定対象部２ｃに集められるようにテーパ面とされている。

基材３Ａに対するＡＴＲ結晶２の取付け面２ｄには金メッキが形成されることにより、この金メッキによって赤外線ＩＲを潜り込ませることなく反射できるように構成されている。そして、ＡＴＲ結晶２は金メッキを施した部分を介して接着剤によって基材３Ａに取り付けられる。

さらに、凹部３ａのテーパ面とされた内周面（ＡＴＲ結晶２の周辺部）には、例えばフッ素樹脂によるコーティングが施されている。つまり、凹部３ａにフッ素樹脂コーティングが施されてＡＴＲ結晶２の周辺部における油分に対する濡れ性が悪くなるように構成されていることにより、ＡＴＲ結晶２の中心部における油分に対する濡れ性が比較的によくなるように構成されている。この構成によって油分抽出液の全量が測定対象部２ｃに集めながら、これに含まれる油分抽出溶媒を揮発させることができる。なお、ＡＴＲ容器３には、これを幾らか加熱することにより前記油分抽出溶媒１２の揮発を行ってＡＴＲ結晶２の測定対象部２ｃに揮発残留物５を形成するためのヒータが取り付けられていることが望ましい。

測定部４は、図１に示すように、赤外線ＩＲを出射する光源６と、ＡＴＲ結晶２に赤外線ＩＲをガイドする反射鏡７ａ，７ｂなどの光学系７と、バックグランドの影響をキャンセルする交流信号を生成するためのチョッパ８と、ＨＣ成分の赤外吸収帯域（波数２９００cm^-1）近辺の光だけを通すように構成されたバンドパスフィルタ９と、検出器１０とからなる。つまり、測定部４は、非分散型の測定装置の一部を構成するものである。

図４は上述した油分濃度測定装置１を用いて、液体中の油分濃度を測定する方法を説明する図であって、図４（Ａ）は試料から油分を抽出する方法を説明する図、図４（Ｂ）は油分抽出液を用いて油分濃度を測定する方法を説明する図である。

図４（Ａ）において、１１は自然水や排水など油分を含む液体の試料、１２はこの試料１１に対して混合攪拌するｎ−ヘキサンなどの油分抽出溶媒、１３は試料１１と油分抽出溶媒１２を混合するための分液ロート、１４は攪拌させた試料１１と有機溶媒１２に滴下される数滴の塩酸、１５は分液ロート１３によって分液されて廃棄される水、１６は試料１１中の油分を油分抽出溶媒１２を用いて抽出した油分抽出液である。

すなわち、図４（Ａ）に示すように、油分を含む自然水や排水などの油分を含む試料１１に含まれる油分を測定する場合には、分液ロート１３によって所定量（例えば１Ｌ）の試料１１を所定量（例えば４０ｍＬ）の油分抽出溶媒１２と混合攪拌させて塩酸１４を滴下することにより、油分抽出溶媒１２を用いて試料１１中の油分を抽出する。なお、試料が電子部品などの小片物や乾燥した土壌などの水分を含まない固形物であれば、これをそのまま油分抽出溶媒１２に投入して油分抽出液１６を生成し、固形物だけを濾過するのが好ましい。

次いで、前記油分抽出液１６を図１〜３に示す油分濃度測定装置１のＡＴＲ容器３の凹部３ａに流し込んで、油分抽出液１６に溶け込んだ油分抽出溶媒１２を揮発させる。なお、図４（Ｂ）には理解しやすいように分液ロート１３を用いて油分抽出液１６を凹部３ａ内に注ぎ込むように示しているが、油分抽出液１６の注入量は計量して行うようにしてもよい。つまり、油分抽出液１６は例えば一旦油分濃度測定装置１内の容器内に注ぎ込まれた後に所定量ずつ自動的に凹部３ａに注入されるように構成してもよい。また、図４（Ａ）に示す油分の抽出過程も油分濃度測定装置１内において自動制御によって行うようにしてもよい。

なお、前記ＡＴＲ容器３にヒータが取り付けられている場合には、油分抽出溶媒１２の揮発を早めて測定にかかる時間を短縮することができる。しかしながら、油分抽出溶媒１２の揮発を促進する手段としてはヒータによる加熱に限られるものではなく、ドライヤを用いてもよい。何れにしても、上述した油分濃度測定装置１を用いた測定では、油分抽出溶媒１２を揮発させているので、油分抽出溶媒１２の赤外吸収が油分濃度測定に悪影響を与えることがない。

また、上述の実施例においては、前記凹部３ａ内のＡＴＲ結晶２の表面中心部３ｂに油分に対する濡れ性の良い測定対象部２ｃを形成し、周辺部３ｃに油分に対する濡れ性を悪くするためのフッ素樹脂コーティングが施されている。したがって、油分抽出溶媒１２の揮発を行うときには、油分抽出溶媒１２の揮発に伴って少量になる油分抽出液１６がフッ素樹脂コーティングによって弾かれて、ＡＴＲ結晶２の表面中央部に位置する測定対象部２ｃに集められるので、測定対象部２ｃの部分のみに揮発残留物５が形成される。つまり、形成された揮発残留物５には凹部３ａ内に流し込まれた油分抽出液１６の全量に含まれる油分が集結されており、かつ、この揮発残留物５は均等に幾らかの厚みｈを形成する。（図４（Ｂ）参照）

上述の実施例の場合、図１における拡大部分Ａに示すように、揮発残留物５の厚みｈはＡＴＲ結晶２の潜り込み深さｄに比べて薄くなるように油分抽出液１６の量を調整するのが好ましい。これによって、揮発残留物５に含まれる油分の量がＡＴＲ結晶２を通った赤外線ＩＲの全反射吸収によって測定することができる。そして、前記油分濃度測定装置１においては、油分濃度の薄い場合における油分濃度測定を行うものであるので、油分抽出液１６に含まれる油分の量は極めて少ないが、検出器１０がＡＴＲ結晶２を透過した赤外線ＩＲの強度を測定することにより、赤外線ＩＲの全反射吸収によって揮発残留物５に含まれる極微量の油分を極めて精度良く、また再現性良く定量分析することができる。

なお、油分濃度測定装置１が、油分抽出液１６を極少量ずつ凹部３ａ内に流し込むことができるように構成された適宜構成の油分抽出液流入機構（図示していない）を有する場合には、形成された揮発残留物５の厚みｈがＡＴＲ結晶２の潜り込み深さｄと同程度になるまで油分抽出液１６を流し込んで、その揮発残留物５の分析を行うことにより、投入した油分抽出液１６の量と赤外線ＩＲの全反射吸収の両方から油分の濃度を測定することもできる。

図５は本発明の請求項３に対応する第２実施例に係る油分濃度測定装置の構成を示す図である。図５において、図１〜４と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。

図５において、２０はフーリエ変換を用いて各波長における赤外線ＩＲの全反射吸収を用いて油分の濃度を測定する油分濃度測定装置、２１はこの油分濃度測定装置２０の測定部である。この測定部２１は、光源６からの赤外線ＩＲをインターフェログラムＩＲ’（以下、単に赤外線ＩＲ’という）にする干渉計２２と、この干渉計２２を制御しながらＡＴＲ結晶２を透過した赤外線ＩＲ’を検出する検出器とを備えている。

この第２実施例で示す請求項３の発明においては、揮発残留物５によって吸収された赤外線ＩＲ’の周波数解析をすることができるので、揮発残留物５のより詳細な分析を行うことができる。つまり、試料１１（図４参照）に含まれる油分による赤外線吸収の大きさのみならず、他の成分による赤外吸収の大きさも分析することができるので、試料１１に含まれる油分の種類まで分析することができる。

本発明の第１実施例に係る油分濃度測定装置を示す図である。 前記油分濃度測定装置の要部を拡大して示す斜視図である。 前記油分濃度測定装置の要部の断面図である。 前記油分濃度測定装置を用いた油分濃度測定方法を説明する図である。 本発明の第２実施例に係る油分濃度測定装置を示す図である。 従来の油分濃度測定方法を説明する図である。

符号の説明

１ 油分濃度測定装置
２ ＡＴＲ結晶
２ｃ 測定対象部
３ ＡＴＲ容器
３ｃ 周辺部
４ 測定部
５ 揮発残留物
１１ 液体
１２ 油分抽出溶媒
１６ 油分抽出液
２０ 油分濃度測定装置
２１ 測定部

Claims (3)

1. 表面側にボート状の凹部が形成されている板状の基材の裏面側に、表面が平坦なほぼ板状のＡＴＲ結晶をその表面が前記凹部の底面に位置するように固定してＡＴＲ結晶の表面に測定対象部を形成するとともに、前記凹部の内周辺部にフッ素樹脂によるコーティングを施して油分に対する濡れ性を悪くし、この状態で油分抽出溶媒を用いて油分が抽出された油分抽出液を、前記凹部に流し込んで該油分抽出液に溶け込んでいる油分抽出液を前記ＡＴＲ結晶の表面において揮発させ、この揮発に伴い少量となる油分抽出液を前記測定対象部に集めて該測定対象部上のみに揮発残留物を形成し、その揮発残留物に含まれる油分量を赤外線全反射吸収法によって測定することを特徴とする油分濃度測定方法。
2. 表面側にボート状の凹部が形成され、この凹部の内周辺部にフッ素樹脂によるコーティングを施して油分に対する濡れ性を悪くしている板状の基材及び該基材の裏面側にその平坦な表面が前記凹部の底面に位置するように固定して測定対象部が形成されたほぼ板状のＡＴＲ結晶からなり、油分抽出溶媒を用いて油分を抽出した油分抽出液を前記凹部に流し込んで該油分抽出液中に溶け込んでいる油分抽出溶媒を前記ＡＴＲ結晶の表面で揮発させることにより測定対象部上のみに揮発残留物が形成されるように構成されたＡＴＲ容器と、前記揮発残留物に含まれる油分量を赤外線全反射吸収法によって測定する測定部とを有することを特徴とする油分濃度測定装置。
3. 前記測定部が、赤外線を出射する光源と、この光源から出射される赤外線をインターフェログラムにする干渉計と、この干渉計を制御しながらＡＴＲ結晶を透過したインターフェログラムを検出する検出器とを備えている請求項２に記載の油分濃度測定装置。

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