JP7451174B2 - 油中金属成分の検出測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に冷凍機用圧縮機等の産業機器及び食品機器等を扱う工場等において、その製造過程で生じる鉄、銅、亜鉛、アルミニウムの金属成分の油分中への混入状態を測定・検査する為の方法に関する。

一般工場にあって、ターボ冷凍機用圧縮機、コンプレッサー、油圧ポンプ、ブロワー、オイルクーラー等の作業機器を使用し続けると、稼働に際して摩耗により鉄粉等の金属粉が発生し、油中に混入する場合があり、これを放置すると、機器の稼働効率を下げたり、故障を起こす原因となる。そこで、これを回避するために定期的に油中に金属粉の混入がないか否かを確認する必要が生じる。
又、食品工場においても、食品の製造工程において食用油の品質管理にあたって製造から金属屑の混入の有無を検査するために、定期的に油中の金属粉の混入を確認する必要がある。

従来この検査にあたっては、検査員が工場等の現場に出向いて機器から油分の一部を抜き取り、その場で金属粉混入の有無を確認する手法が取られているが、この手法によれば、以下の如き点が指摘される。
１）検査試薬に専用の液状物が使用されるので、現場に向かう移動中に振動や揺れがあると、液体の漏れが懸念され、安全性に問題が生じる。
２）１つの金属成分に対して原則１つの検査試薬を対応させるので、検査しようとする金属の数に合わせて複数の検査試薬を用意しなければならず、且つ、それを分析するには一回毎の手順を数回にわたって繰り返す必要がある。
従って、斯かる従来の手法に従えば、安全性や作業の面倒さ等の問題が残されたものとなる。

従来から用いられている油中金属成分の一般的検出方法としては、例えば特許文献１及び特許文献２が存するが、しかし、特許文献１は、潤滑油中の金属粉の検出を目的としても光センサ等を用いた光学的機器に関するものであり、又、特許文献２は重質油中の金属含有触媒の含有量を測定するものであり、いずれも目的及び構成を異にするものである。

特開２０１５－５９７１５号 特開２０１１－１５３３３８号

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、より安全で且つより簡便な手法でこれら油中の金属成分の検出及び測定が可能な方法を提供しようとするものである。

請求項１記載の油中金属成分の検出測定方法は、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムのうち少なくともいずれか一つの金属成分を含んだ油分と、分離剤としてのスルファミン酸と、金属を含まない水とを混合し、該金属成分とスルファミン酸と水分との３者の混合液を攪拌して、油中に含まれる金属成分をスルファミン酸の作用で金属イオンの形態として水分中に溶解させ、該金属イオンの溶解された水分を一定時間静置して油分と分離させ、該水分の一部を採取して分析用試験紙に滴下し、該試験紙の呈色反応から金属成分の混入量を測定することを特徴とする。

請求項２記載の油中金属成分の検出測定方法は、該混合液を、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムの金属成分をのうち少なくともいずれか一つを含んだ油分１００重量部に対し、スルファミン酸２０～３０重量部と、金属を含まない水分５０～１５０重量部の混合液としたことを特徴とする。

請求項３記載の油中金属成分の検出測定方法は、撹拌から溶解、分離、滴下までの一連の工程において、油分とスルファミン酸と水分の混合液を収納し相互を撹拌できる容積を持ち、且つ、その出口が水分を水玉として滴下できる細孔に形成された容器を用いたことを特徴とする。

工場等で鉄、銅、亜鉛、アルミニウムの金属成分をのうち少なくともいずれか一つを含んだ油分を採取し、これにスルファミン酸及び金属を含まない水分とを加えて撹拌すると、可及的に水分と油分とが混じり合い、且つ、粉状のスルファミン酸が全体に分散する状態となり、該スルファミン酸が水分と出会って水素イオンを発生し、それが金属成分のイオン化を促し、溶解して水分層へ移動するものとなる。

その金属イオンの溶解された水分は、一定時間静置すればそのままで油分と別れ、水分層へと分離させることができる。
その金属イオンを含んだ水分を容器から取り出し、それを分析用試験紙に滴下すれば、その試験紙の呈色反応から含まれる金属の成分割合を算出することで、上記油分中の混入金属成分の合否を判定することができる。

上記測定にあって、スルファミン酸は、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムのいずれの金属成分にも作用して酸としての機能を発揮するものとなり、従来使用していた専用の液状試薬を必要とせず、移動中の液漏れ等の危険を解消するものとなる。
又、従来それぞれの金属成分毎に各々に用意していた複数の測定用検査試薬を不要とし、分析用試験紙のみで測定が可能となり、分析に要する操作の手間と時間を極めて簡略化させることができる。
加えて、移動や輸送にあたっても、簡便なものとなる。

このとき、請求項２に記載の如く、混合割合を、金属成分を含んだ使用油１００重量部に対し、スルファミン酸２０～３０重量部と、金属を含まない水分５０～１５０重量部とすれば、酸としてのスルファミン酸が水分に対して充分に機能し、且つ、イオン化して形成された金属成分を確実に水分層へと移送させることができる。

又、請求項３記載の容器を用いて検出すると、分離容器の先端孔を極めて細口の孔に形成しておき、上記静置して上が油層で下が水分層としたものを、そのまま容器を持って上下を逆転させると、比重差から下の出口側が水分層となり、これを容器の蓋を取って下に傾けると、その出口孔から表面張力で水玉となった水滴が用意したカップ内へとゆっくり滴下されることとなり、環境に左右されず採取検出作業が可能となる。

本発明検出方法に用いる容器を示す模式的側面図で、（Ａ）が油分と水分を入れた上向きとした場合、（Ｂ）がこれを逆転させて水分が滴下される状態を示す。

本発明は冷凍機器、コンプレッサー、油圧ポンプ等の機器や食品工場での製造機器に対し、その場で油中の金属成分を測定しようとするものである。

その検査の対象となる金属成分は、鉄／Ｆｅ、銅／Ｃｕ、亜鉛／Ｚｎ、アルミニウム／Ａｌである。
鉄については、３～５００ｍｇ／Ｌ、銅については１０～３００ｍｇ／Ｌ、亜鉛については０～４～１０～２０～５０ｍｇ／Ｌが、アルミニウムについては１０～２５～５０～１００～２５０ｍｇ／Ｌが、その測定範囲となる。
多くの現場においては上記金属に混入の可能性が高く、その範囲も上記範囲が相当するものと予想されるからである。

その測定方法を述べるにあたって、その前に本発明の測定手法に用いる分析用の器材について説明する。
本発明に用いる器材は、分離剤、水分、分離容器、カップ、水酸化ナトリウム溶液、分析用試験紙から構成される。
分離剤とは、本発明においては油分中の金属成分を捕捉して、且つ、それを水分中に溶解させて油分から分離させる機能を備えたものをいい、スルファミン酸が相当する。
水分とは、測定油と混合させて金属成分を溶解させた後に水分を分離させ、その水分を試験紙にかけるための水分をいい、測定金属との混同を避けるため金属成分を含まない水が必要とされ、井戸水等を避ける意味である。水道水や蒸留水を用いることができ、この場合は予め準備することなく現場で用意することが可能となる。
分離容器とは、油分と水分とを分離させるための容器をいい、本発明においては、測定油とスルファミン酸と水分の混合液を収納し相互を撹拌できる容積を持ち、且つ、その出口が水分を水玉として滴下できる細孔に形成された容器が好適である。
水酸化ナトリウムは、後述するスルファミン酸溶液の酸性が強く試験紙の機能を害するおそれがある場合に、これを中性化させようとするものである。
カップは、滴下された水分に対し、その酸性を中和するために水酸化ナトリウム溶液を混入させるための容器をいう。
分析用試験紙は、対象とする金属成分の検出可能な分析用の試験紙をいう。

次に、上記器材を用いて行う本発明の検査方法について説明する。
本発明の検査にあっては、先ず、検査対象となる機器の設置場所や製造工場における現場での検査を想定し、以下、斯かる現場に検査員が器材を持って測定する場合を説明する。但し、その現場に器材を予め備えておき、担当者が検査を実施するも可能である。

先ず、測定現場に向かうにあたって、上記器材を準備するが、このとき分離容器内にスルファミン酸の粉体を予め計量し、所定量を収納させておくことが好ましい。
測定に向かう移動中にあっては、車の揺れや荷の移送にともなって、薬品等が漏れ、又は紛失する可能性があり、上記収納形態とすれば、分離容器内に予めスルファミン酸の粉体を収納して蓋を閉じておくことができ、湿気等にも耐え、計量等も含めて現場への対応が円滑となる。

そして、工場等の現場に到着し、例えば、ターボ冷凍機用圧縮機の潤滑油の測定に向かった場合には、その圧縮機から一定量の潤滑油を採取する。
このとき、一定量とは、通常測定に必要な量を指すが、本発明にあっては上記の如く予めスルファミン酸の量を定めておいて容器に収納してあるので、この収納されたスルファミン酸に対応する量の潤滑油を採取することになる。
具体的には、対象となる油１００重量部に対して、スルファミン酸を２０～３０重量部を設定するので、逆算して、容器に収納したスルファミン酸の重量から採取する油の量を決定する。
例えば、スルファミン酸を２ｇ収納させた場合、潤滑油１０ｇ（１０～１５ｍｌ：比重０．７～０．９）を採取する。

次いで、これに水分を追加する。
水分とは、上記の如く、金属を含まない水を指し、井戸水等の金属成分を含むおそれのある水を避けた軟水を使用する。水道水等を利用できる場合は、その現場で調達することも可能であるが、これらが利用できない場合には、用いる水を予め準備して持参する。
その水分の量は、潤滑油１００重量部に対し、５０～１５０重量部が設定した範囲となる。後述するスルファミン酸の酸としての作用と、油から分離させる機能に適合する量となるからである。
そして、所定量の水分を上記分離容器の中に注入する。

さて、所定量の採取油と、粉体状のスルファミン酸と、水分とが分離容器内に収められ混合されたら、それを手をもって振るい撹拌する。
可及的に水と油とが粒状に混じり合い、且つ、粉状のスルファミン酸が全体に分散する状態に撹拌する。
この撹拌によって、スルファミン酸が水と出会い水素イオンを発生し、それが金属成分のイオン化を促し、溶解して水分層へ分離移動するものとなる。
従って、この撹拌は充分に行う必要があり、具体的には、上記容器への収納の場合、手で５分程度撹拌を継続する。

充分な撹拌が終了したら、容器をテーブル上等に載置し、そのままの状態で約３０分程度静置する。
これによって、上記混合撹拌した油分と水分は、相溶性のない性状から互いに分離し、比重差から上層が油層となり、下層が水分層となる。
すると、上記イオン化した金属成分が油層から水分層へと移動するものとなり、水分層のなかに測定対象となる金属成分が存在する形態となる。

そこで、この水分層から所定量の水分を採取し、次工程としての試験紙にかけるものとなる。
このとき、通常はピペット等を用意し、下層となった水分層にピペット先端を差し込んで吸引するが、本発明にあっては、上記分離容器をそのまま使用することができる。
即ち、図１に示す如く、分離容器の先端孔を極めて細口の孔に形成しておき、上記静置して上が油層で下が水分層としたものを（図１（Ａ参照））、そのまま容器を持って上下を逆転させると、比重差から下の出口側が水分層となり、これを容器の蓋を取って下に傾けると、その出口孔から表面張力で水玉となった水滴が用意したカップ内へとゆっくり滴下されることとなる（図１（Ｂ）参照）。
複雑な環境下にある現場では、環境に左右されず採取作業が可能となる点で優れた手段となる。もちろん、従来のピペットを利用した形態でも採取は可能である。

カップに水分が滴下され一定量が溜まったら、亜鉛の場合には、そこにｐＨ調整液として水酸化カリウムの溶液を注入し、ｐＨを４以上に調整し、アルミニウムの場合には、同調整液でｐＨ１３以上に調整する。
これはスルファミン酸の水溶液は比較的強い酸性を示すことから、そのまま使用すると呈色反応を阻害するおそれがあり、これを解消するためである。

斯くして金属成分の移動した水分が用意されたら、これを金属成分を検出し且つ濃度を呈示可能な試験紙を用いて、濃度測定へと移る。
これを以下金属成分の種類に分けて説明する。

＜鉄又は銅の場合＞
ペーパータオル上に試験紙を置き、その上に水を滴下させ、試験紙の角をペーパータオルに触れさせて試験紙上の余分な水を取り除き、そのまま静置する。
鉄の場合１０秒程度経過すると発色が現れ、試験紙の発色部分の色と試験紙容器に表示された色見本の色を比較して、対応する濃度の値を読み取ると、そこに鉄成分の溶解濃度が示されたものとなる。
銅の場合は、２分程度の時間を要するが、操作は鉄の場合と同様である。

＜亜鉛の場合＞
前処理として、容器内に水を５ｍｌ滴下し、そこにｐＨ調整液の水酸化カリウムを滴下し、これをスポイトで吸い取る。これ以降は、上記鉄の場合と同様である。静置時間は１５秒である。

＜アルミニウムの場合＞
前処理として、容器内に水を５ｍｌ滴下し、そこに試薬：Ａｌ-１を滴下し、これをスポイトで吸い取る。
試験紙上に滴下した後、そこにｐＨ調整液の水酸化カリウムを滴下させる。静置時間は２分である。

さて上記で本発明の検査測定方法が確立するものとなるが、その理由は以下の如くに推察することができる。
潤滑油等に金属成分が微粒子で存在している場合、その油のなかでは金属がイオン化しないため、その存在量を測定しようとしても、試験紙等による簡便な手法では測定が困難となる。
そこで、本発明にあっては、先ず、スルファミン酸の酸性に着目し、スルファミン酸と水分との混合を試み、スルファミン酸を水に溶解して水素イオンを放出させ、その水素イオンから金属のイオン化を促す。この金属イオンは、具体的には、鉄イオン、銅イオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオンの形態となる。そして、この油分に対して所定量の水分が存在すると、上記金属イオンは水溶性を示して水に溶解するため、油分中に存在していた金属成分が水分層側へと移り、その結果試験紙での測定が可能となる。
且つ、このスルファミン酸は、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムとの間で広い適応性を示すことから、本発明測定方法にあっては、一つの薬剤ですべての検査測定に対応が可能となり、現場測定を簡潔化させることができるものとなる。
更に、この過程にあって、スルファミン酸は、潮解性を示さず取り扱いに便であり、且つ、人体に対する毒性も少ないので、健康への悪影響もない。

＜実施例１＞
実施例１として、鉄、銅成分を含む油分を対象とした場合を説明する。
ターボ冷凍機用圧縮機に使用している油分を対象として分析試験を実施した。
上記分離容器に、予めスルファミン酸ナトリウム２ｇを封入し、それを工場に持参した。
上記ターボ冷凍機用圧縮機から油成分を採取し、それをピペットで１０ｍｌを吸いとって分離容器内へ流入させ、そこに水道水１０ｍｌを加え、充分に撹拌した。
撹拌後の分離容器を静置させ、そのまま３０分程度放置した。
油分と水分とが分離するのを待って、分離容器の上層に分かれた水分を、傾けた容器の細口の先端から流下させて、カップに移した。
鉄成分測定用の分析試験紙を用意し、カップ内にその試験紙を浸し、取り出して余分な水分を除き、１０秒間待った。
すると、黄色に発色し、その発色の程度を色見本と比較し、対応する数値を読み取った。
銅成分の場合も、銅成分測定用の分析試験紙を用意し、３０秒程待つが、同様の操作で黄色に発色し、色見本と比較し、対応する数値を読み取った。

＜実施例２＞
実施例２として、アルミニウム、亜鉛を含む油分を対象とした場合を説明する。
分離容器へのスルファミン酸ナトリウムの封入から、油分と水分の分離後のカップへの流入までは、上記実施例１と同様である。
そして、アルミニウムの場合には、そのカップに水酸化ナトリウム溶液を滴下し、そのｐＨを４～６に調整した。
アルミニウム成分測定用の分析試験紙を用意し、カップ内にその試験紙を浸し、取り出して余分な水分を除き、３分間待った。
すると、黄色に発色し、その発色の程度を色見本と比較し、対応する数値を読み取った。
亜鉛の場合には、そのカップに水酸化ナトリウム溶液を滴下し、そのｐＨを７以上のアルカリ性に調整した。
亜鉛成分測定用の分析試験紙を用意し、カップ内にその試験紙を浸し、取り出して余分な水分を除き、１５秒間待った。
すると、黄色に発色し、その発色の程度を色見本と比較し、対応する数値を読み取った。

本発明は、主に冷凍機用圧縮機等の産業用機器及び食品工場の製造工程における油分の検査を対象とするが、その他、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムのいずれかの金属を含んだ油分の検査、測定を対象とするものなら、広く活用が期待できる。

Claims (3)

1. 鉄、銅、亜鉛、アルミニウムのうち少なくともいずれか一つの金属成分を含んだ油分と、
   分離剤としてのスルファミン酸と、金属を含まない水とを混合し、
   該金属成分を含んだ油分とスルファミン酸と水分との３者の混合液を攪拌して、油中に含まれる金属成分をスルファミン酸の作用で金属イオンの形態として水分中に溶解させ、該金属イオンの溶解された水分を一定時間静置して油分と分離させ、
   該水分の一部を採取して分析用試験紙に滴下し、
   該試験紙の呈色反応から金属成分の混入量を測定する、
   ことを特徴とする油中金属成分の検出測定方法。
2. 請求項１記載の混合液を、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムの金属成分をのうち少なくともいずれか一つを含んだ油分１００重量部に対し、スルファミン酸２０～３０重量部と、金属を含まない水分５０～１５０重量部の混合液としたことを特徴とする油中金属成分の検出測定方法。
3. 請求項１又は２記載の撹拌から溶解、分離、滴下までの一連の工程において、油分とスルファミン酸と水分の混合液を収納し相互を撹拌できる容積を持ち、且つ、その出口が水分を水玉として滴下できる細孔に形成された容器を用いたことを特徴とする油中金属成分の検出測定方法。

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