(57)【要約】【課題】油分分析を適切に行う油分分析装置及び油分測定方法を提供する。【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、センサホルダ１８の上側に配置されるシールドカバー２０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５
2018004456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、
前記水晶振動子が載置される載置部と、
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、
前記載置部の上側に配置されるカバーと、
前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記カバーは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、又は金属化合物で構成されていること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の油分分析装置。
【請求項４】
前記空気供給部は、エアポンプであること
を特徴とする請求項２に記載の油分分析装置。
【請求項５】
前記カバーは、前記分注ノズルが移動可能な貫通孔を有していること
を特徴とする請求項１に記載の油分分析装置。
【請求項６】
前記載置部は、前記水晶振動子が載置されている凹部を有し、前記凹部の上方と前記カバーとの間の隙間に、前記空気供給部によって空気を供給すること
を特徴とする請求項２に記載の油分分析装置。
【請求項７】
溶媒に油分が抽出されてなる液体を水晶振動子上に供給する液体供給工程と、
前記水晶振動子の上方に空気を供給し、前記溶媒を蒸発させる空気供給工程と、
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上に残留する前記油分の質量を測定する油分測定工程と、を有すること
を特徴とする油分測定方法。
【請求項８】
前記液体供給工程よりも前に、前記水晶振動子上に液体がない状態での前記水晶振動子のベースライン周波数を測定するベースライン周波数測定工程を有し、
前記油分測定工程において、前記ベースライン周波数を基準とする前記発振周波数の変化量に基づいて、前記水晶振動子上に残留する前記油分の質量を測定すること
を特徴とする請求項７に記載の油分測定方法。
【請求項９】
前記空気供給工程は、少なくとも前記水晶振動子の発振周波数の変動が所定閾値以下になるまで行うこと
を特徴とする請求項７に記載の油分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油分分析装置及び油分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６５１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、水晶振動子に残留する油分の質量が毎回略同一であっても、油分測定装置が設置されている部屋の気流の影響によって、前記した共振周波数（発振周波数ともいう）の変化量が異なる値になる可能性がある。例えば、油分分析の途中で部屋のドアが開閉されたり、エアコンが起動・停止されたりすると、水晶振動子付近の気流が変化する。この気流の変化に伴って、ヘキサンの蒸発過程が不安定になったり、水晶振動子上でヘキサンが移動したりするため、油分分析の再現性の低下を招くという事情がある。
【０００５】
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測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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、前記載置部の上側に配置されるカバーと、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、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。
【０００７】
また、本発明に係る油分測定方法は、溶媒に油分が抽出されてなる液体を水晶振動子上に供給する液体供給工程と、前記水晶振動子の上方に空気を供給し、前記溶媒を蒸発させる空気供給工程と、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上に残留する前記油分の質量を測定する油分測定工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る油分分析装置の斜視図である。
【図２】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図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の実施形態に係る油分分析装置における発振周波数の変化を示す実験結果である。
【図７】比較例に係る油分分析装置おける発振周波数の変化を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
≪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。なお、図１に示すようにｘ・ｙ・ｚ軸を定義する。
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を演算する（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。
【００１１】
なお、被処理水に含まれる油分の分析は、公定法（水質汚濁防止法）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。
【００１２】
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物質（つまり、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の発振周波数に基づいて、油分の質量等を算出するようにしている。
【００１３】
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、ノズル位置調整用ステージ１６と、ＱＣＭセンサ１７（図２参照）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、センサホルダ１８（載置台）と、ホルダ支持部１９と、シールドカバー２０（カバー）と、エアフローインレット２１と、エア供給チューブ２２と、エアポンプ２３（空気供給部）と、支持体２４と、回路基板２５と、を備えている。
【００１４】
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に微量の液体を押し出すものである。シリンジ１１は、支持体２４に設置され、また、支持体２４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（鉛直方向）に移動するプランジャと、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移動することによって、シリンジ１１内の液体のうち、微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。
【００１５】
なお、所定量の被処理水にヘキサンを混合し、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２４に設置される。
【００１６】
パルスモータ１２は、後記する制御・演算部２５ｃ（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２４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２４に設置されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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５参照）がＱＣＭセンサ１７に臨んでいる。
【００１９】
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２４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２５ｃ（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。
【００２０】
図２は、油分分析装置１００におけるＱＣＭセンサ１７付近の縦断面図である。
なお、図２に示すＱＣＭセンサ１７に関しては、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。
【００２１】
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５参照）と、を備えている。そして後記する発振回路２５ａ（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。
【００２２】
センサホルダ１８は、ＱＣＭセンサ１７が載置される凹部Ｇ（図５参照）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。
【００２３】
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の裏面、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。
【００２４】
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。
【００２５】
図２に示すように、上側センサホルダ１８ｂには、上下方向に貫通する孔ｈ２が形成されている。この孔ｈ２の下部には、下側センサホルダ１８ａが嵌挿されている。つまり、ＱＣＭセンサ１７が載置される凹部Ｇ（図５参照）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。
【００２６】
図２に示すように、ＱＣＭセンサ１７の表面の周縁付近と、上側センサホルダ１８ｂと、の上下方向の隙間には、ＯリングＲ１が設置されている。同様に、ＱＣＭセンサ１７の裏面の周縁付近と、下側センサホルダ１８ａと、の上下方向の隙間には、ＯリングＲ２（図５参照）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５参照）を介して挟みこまれた状態で固定されている。
【００２７】
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２４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、上側センサホルダ１８ｂの上面と、は略面一になっている。
【００２８】
シールドカバー２０は、油分分析装置１００付近の気流の変化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。図２に示すように、シールドカバー２０は、センサホルダ１８の上側に配置され、ホルダ支持部１９に固定されている。
【００２９】
また、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が貫通する貫通孔ｈ３を有している。つまり、この貫通孔ｈ３を介して、サンプル分注ノズル１５がｚ方向に移動可能になっている。また、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。また、ヘキサンに対して耐性のある樹脂等でシールドカバー２０を構成してもよい。また、透明板２０ａのような窓を設けずに、シールドカバー２０全体を金属化合物等で構成してもよい。
【００３０】
シールドカバー２０は、縦断面視（ｙｚ平面の断面）で逆Ｕ字状を呈している。また、センサホルダ１８やホルダ支持部１９（以下、「センサホルダ１８等」という。）と、シールドカバー２０と、の間には、上下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２３（図１参照）からの空気が通流するようになっている。
【００３１】
シールドカバー２０のｙ方向両端付近の下面は、ホルダ支持部１９に当接している。なお、シールドカバー２０の下面とセンサホルダ１８との間には、センサホルダ１８を出し入れするために若干の隙間が設けられているが、この隙間を介した空気の出入りはほとんどない。そして、ｘ方向の一方側から供給された空気が、シールドカバー２０とセンサホルダ１８等との間の隙間を介して通流し、ｘ方向の他方側に放出されるようになっている（図５参照）。
【００３２】
図２に示すエアフローインレット２１は、エアポンプ２３からエア供給チューブ２２を介して供給される空気を、シールドカバー２０とセンサホルダ１８等との隙間に導く筒状部材である。
【００３３】
図１に示すエア供給チューブ２２は、エアポンプ２３から供給される空気をエアフローインレット２１に導く管である。
図１に示すエアポンプ２３は、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間を介して空気を供給するものであり、支持体２４に設置されている。エアポンプ２３には、エア供給チューブ２２が差し込まれている。
【００３４】
図１に示す支持体２４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２３等を支持する部材である。
図１に示す回路基板２５は、次に説明する各機能を有する制御回路２５Ａ（図３参照）が実装された基板であり、支持体２４に設置されている。
【００３５】
図３は、油分分析装置１００が備える制御回路２５Ａの機能ブロック図である。
制御回路２５Ａ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。
【００３６】
図３に示すように、制御回路２５Ａは、発振回路２５ａと、周波数測定部２５ｂと、制御・演算部２５ｃと、記憶部２５ｄと、を備えている。
【００３７】
発振回路２５ａは、制御・演算部２５ｃ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に印加する機能を有している。
周波数測定部２５ｂ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。
【００３８】
制御・演算部２５ｃは、パルスモータ１２やエアポンプ２３を制御したり、発振回路２５ａ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２５ｃ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。また、制御・演算部２５ｃ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を有している。その他、制御・演算部２５ｃは、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数の変化や、油分の質量等の算出結果を表示装置（図示せず）に表示する機能も有している。なお、制御・演算部２５ｃが実行する処理については後記する。
【００３９】
記憶部２５ｄには、周波数測定部２５ｂや制御・演算部２５ｃのプログラムが格納されている。また、記憶部２５ｄには、周波数測定部２５ｂによって測定されたＱＣＭセンサ１７の発振周波数や、制御・演算部２５ｃの演算結果が格納される。
【００４０】
図４は、油分分析装置１００の制御・演算部２５ｃが実行する処理のフローチャートである。なお、図４の「ＳＴＡＲＴ」時には、発振回路２５ａの発振動作が開始されているものとする。
【００４１】
ステップＳ１０１において制御・演算部２５ｃは、ベースライン周波数ｆＯを測定する（ベースライン周波数測定工程）。なお、ベースライン周波数ｆＯ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。
【００４２】
ステップＳ１０２において制御・演算部２５ｃは、ＱＣＭセンサ１７（図５参照）に液体を分注する。すなわち、制御・演算部２５ｃは、ヘキサンに油分が抽出されてなる液体をＱＣＭセンサ１７上に供給する（液体供給工程）。より詳しく説明すると、制御・演算部２５ｃは、シリンジ１１（図１参照）のプランジャ（図示せず）を上昇させることによって、シリンジ１１内の液体を、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に分注する。ＱＣＭセンサ１７に分注された液体は、ＱＣＭセンサ１７の表面電極１７ｂにおいて濡れ広がる。
ステップＳ１０３において制御・演算部２５ｃは、エアポンプ２３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２５ｃは、ＱＣＭセンサ１７の上方に空気を供給し、溶媒であるヘキサンを蒸発させる。
【００４３】
図５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。
前記したように、センサホルダ１８等の上側には、シールドカバー２０が配置されている。これよって、センサホルダ１８等とシールドカバー２０と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からのヘキサンの蒸発過程は、毎回の油分分析においてほとんど変わらない。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）が得られる。
【００４４】
また、図５の矢印で示すように、エアポンプ２３（図１参照）から供給された所定流量の空気は、エア供給チューブ２２及びエアフローインレット２１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に分注された液体に含まれるヘキサンは常温で蒸発し、蒸発したヘキサンが上昇する。このヘキサンは、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空気によって押し出され、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従来よりも大幅に短縮できる。
【００４５】
前記したように、センサホルダ１８は凹部Ｇを有し、この凹部ＧにＱＣＭセンサ１７が載置されている。そして、凹部Ｇの上方とシールドカバー２０との間の隙間に、エアポンプ２３によって空気が供給される。なお、この隙間に空気が通流したとしても、ＱＣＭセンサ１７上の液体が空気の流れによって移動することはほとんどない。前記したように、ＱＣＭセンサ１７は凹部Ｇに載置されているため、このＱＣＭセンサ１７に空気が吹き込むことはほとんどないからである。言い換えると、ＱＣＭセンサ１７上の液体が、空気の流れに伴って移動しない程度の流量でエアポンプ２３を駆動することが望ましい。ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の油分分析を繰り返し行う場合において、ＱＣＭセンサ１７上の略同一の位置に液体が分注されれば、ＱＣＭセンサ１７上の略同一の位置に油分が残留するからである。
【００４６】
なお、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数は、ＱＣＭセンサ１７上に残留する油分の質量だけでなく、その油分の位置にも依存する。つまり、繰り返される油分分析において、ＱＣＭセンサ１７に分注される液体の質量、この液体に含まれる油分の質量、及びＱＣＭセンサ１７に残留する油分の位置が略同一であれば、ヘキサンの蒸発過程で発振周波数が毎回同じように変化する。本実施形態によれば、前記したように、繰り返される油分分析において、ＱＣＭセンサ１７上の略同一の位置に油分が残留するため、油分分析の再現性を従来よりも高めることできる。
【００４７】
再び、図４に戻って説明を続ける。
ステップＳ１０３において空気の供給を開始した後、ステップＳ１０４において制御・演算部２５ｃは、液体が分注された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ｆ０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。
【００４８】
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［ｃｍ２］である。また、ρｑは水晶板１７ａの密度［ｇ／ｃｍ３］であり、μｑは水晶板１７ａのせん断応力［ｇ／ｃｍ２］である。なお、ベースライン周波数ｆ０、表面電極１７ｂ・裏面電極１７ｃの面積Ａ、水晶板１７ａの密度ρｑ及びせん断応力μｑは、既知である。
【００４９】
Δｆ＝−２ｆ０２・Δｍ／｛Ａ・（ρｑ・μｑ）１／２｝  ・・・（１）
【００５０】
ステップＳ１０５において制御・演算部２５ｃ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２５ｃ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。
【００５１】
なお、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体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。また、少なくとも発振周波数が収束するまでは、エアポンプ２３（図５参照）から空気が供給され続ける。
【００５２】
ステップＳ１０５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（Ｓ１０５：Ｎｏ）、制御・演算部２５ｃの処理はステップＳ１０４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（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、制御・演算部２５ｃの処理はステップＳ１０６に進む。
【００５３】
ステップＳ１０６において制御・演算部２５ｃは、エアポンプ２３を停止する。言い換えると、制御・演算部２５ｃ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２３からの空気の供給を行う。
【００５４】
ステップＳ１０８において制御・演算部２５ｃは、ベースライン周波数ｆ０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２５ｃは、前記した式（１）に基づいて、ＱＣＭセンサ１７に分注された液体に含まれる油分の質量を算出する。前記したように、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数が収束した後に（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、油分の質量を算出することで（Ｓ１０８）、油分分析の高精度化を図ることができる。
【００５５】
ステップＳ１０９において制御・演算部２５ｃは、被処理水の油分濃度を算出する。つまり、制御・演算部２５ｃ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に分注された液体の体積と、ステップＳ１０８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Ｓ１０９の処理を行った後、制御・演算部２５ｃは、一連の油分分析を終了する（ＥＮＤ）。
【００５６】
＜効果＞
本実施形態によれば、油分分析装置１００（図５参照）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。また、エアポンプ２３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に分注された液体に含まれるヘキサンの蒸発を促進できる。これによって、油分分析に要する時間を従来よりも大幅に短縮できる。
【００５７】
図７は、比較例に係る油分分析装置における発振周波数の変化を示す実験結果である。
図７の横軸は、ＱＣＭセンサ１７への液体（サンプル）の分注前における所定時刻からの経過時間である。図７の縦軸は、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数である。なお、比較例に係る油分分析装置は、シールドカバー２０及びエアポンプ２３を備えていない。
【００５８】
図７に示すように、ＱＣＭセンサ１７に液体が分注された直後（時刻ｔ１）には、分注された液体の質量によって、ＱＣＭセンサ１７の発振周波数が大幅に低下する。その後、ヘキサンが蒸発するにつれてＱＣＭセンサ１７の発振周波数が徐々に高くなり、時刻ｔ２以後は発振周波数が略一定の値に収束している。
【００５９】
なお、図７では省略したが、分注した液体と同様のサンプルを用いて油分分析を繰り返しても、同じ結果が得られるとは限らない。すなわち、比較例において、発振周波数が収束するまでの時間や、収束後の発振周波数の値にばらつきが見られた。これは、油分分析装置が設置されている部屋の気流の変化がヘキサンの蒸発過程に影響を及ぼしたり、ＱＣＭセンサ１７上の液体が気流によって移動したりしたためである。また、比較例では、ＱＣＭセンサ１７に液体が分注された時刻ｔ１から、発振周波数が収束した時刻ｔ２までに３分以上を要している。
【００６０】
図６は、本実施形態に係る油分分析装置１００における発振周波数の変化を示す実験結果である。
なお、図６の横軸・縦軸については、図７と同様である。また、図６の実験では、エアポンプ２３から所定流量の空気を供給し、油分濃度が１００ｍｇ／Ｌの被処理水に関する油分分析を３回行った。同様にして、油分濃度が４００ｍｇ／Ｌの別の被処理水に関する油分分析も３回行った。
【００６１】
図６に示すように、油分濃度が１００ｍｇ／Ｌの被処理水について行った１回目・２回目・３回目の油分分析において、発振周波数の変化の仕方は略同一であり、油分分析の再現性が非常に高いという結果が得られた。そして、発振周波数の変化量Δｆ２に基づいて、各回で略同一の油分濃度（１００ｍｇ／Ｌ）が算出された。これは、部屋の気流が変化したとしても、その影響がシールドカバー２０（図５参照）によって抑制されたためである。同様に、油分濃度が４００ｍｇ／Ｌの場合についても、発振周波数の変化量Δｆ３に基づいて、各回で略同一の油分濃度（４００ｍｇ／Ｌ）が算出された。
【００６２】
また、ＱＣＭセンサ１７に液体を分注した時刻ｔ３から、発振周波数が収束する時刻ｔ４までの時間は約８０秒であり、比較例（３分以上）よりも大幅に短縮されている。これは、センサホルダ１８等とシールドカバー２０との間の隙間を流れる空気によって、ヘキサンの蒸発が促進されたためである。このように、本実施形態によれば、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適切に行うことができる。
【００６３】
≪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）がエアポンプ２３及びエア供給チューブ２２を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、エアポンプ２３及びエア供給チューブ２２を省略し、蒸発してＱＣＭセンサ１７から上昇したヘキサンが、シールドカバー２０とセンサホルダ１８との間の隙間を介して外部に放出されるようにしてもよい。このような構成でも、部屋の気流が油分分析に及ぼす影響をシールドカバー２０によって抑制し、再現性が高く高精度な油分分析を行うことができる。
【００６４】
また、実施形態では、シールドカバー２０が縦断面視（図２のｙｚ平面の断面）で逆Ｕ字状を呈し、シールドカバー２０のｙ方向両端付近がホルダ支持部１９に当接している構成について説明したが、これに限らない。すなわち、シールドカバー２０のｙ方向両端付近（又は、一端付近）とホルダ支持部１９との間に隙間を設けてもよい。このような構成でも、部屋の気流がＱＣＭセンサ１７に及ぼす影響をシールドカバー２０によって抑制できる。
【００６５】
また、実施形態では、ＱＣＭセンサ１７に液体を分注し、この液体に含まれるヘキサンを蒸発させる工程を、１回の油分分析において１回行う場合について説明したが、これに限らない。すなわち、液体に含まれる油分が極微量であることが予想される場合には、１回の油分分析において、前記した各工程を複数回行ってもよい。これによって、ＱＣＭセンサ１７に所定量の油分が残留するため、油分分析の高精度化を図ることができる。
【００６６】
また、実施形態では、被処理水とヘキサンとを混合し、被処理水に含まれる油分をヘキサンに抽出する「溶媒抽出処理」を別の装置（図示せず）で行う場合について説明したが、これに限らない。すなわち、前記した「溶媒抽出処理」をシリンジ１１内で行ってもよい。例えば、シリンジ１１内の領域を上・下に仕切る仕切板（図示せず）を設け、この仕切板に第１の孔（図示せず）を複数設けるとともに、第１の孔よりも径の大きい第２の孔（図示せず）を設けてもよい。前記した第２の孔の上には、この第２の孔よりも径の大きい球体（図示せず）が載置される。このような構成において、シリンジ１１のピストンを下降させると、球体によって第２の孔が塞がれ、第１の孔を液体が通過して噴流が発生して、ヘキサンへの油分の抽出が促進される。また、シリンジ１１のピストンを緩速上昇させると、球体が仕切板を離れて上昇し、第１の孔及び第２の孔を液体が通過する。これによって、ヘキサンへの油分の抽出がさらに促進される。このように、シリンジ１１内でピストンを上下に往復させることによって、ヘキサンへの油分の抽出を行うことができる。
【００６７】
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、シールドカバー２０（図５参照）に貫通孔ｈ３を設ける構成について説明したが、これに限らない。すなわち、その側壁が互いに当接している２枚のシールドカバー（図示せず）を液体の分注時には開き、シールドカバーの間を介してノズルが下降して、液体を分注するようにしてもよい。そして、分注後にノズルが退避し、２枚のシールドカバーの側壁を当接させるようにしてもよい。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
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
１７    ＱＣＭ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
２０    シールドカバー（カバー）
２１    エアフローインレット
２２    エア供給チューブ
２３    エアポンプ（空気供給部）
２４    支持体
２５    回路基板
２５Ａ  制御回路
２５ａ  発振回路
２５ｂ  周波数測定部
２５ｃ  制御・演算部（演算部）
２５ｄ  記憶部
ｈ３    貫通孔
Ｇ      凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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