(57)【要約】【課題】  水処理現場における被処理水中に残留する油分が希薄な場合であっても、当該油分を高精度に計測することが可能な油分測定装置を提供する。【解決手段】  油分測定装置１は、油分を含む被処理水を溶媒と混合し、油分を溶媒に抽出する流体デバイス１０１、リング状スペーサ３６を介して水晶振動子３３を収容するケーシング３４を有するセンサ部１０３、水晶振動子３３の上方に所定の間隔にて配され、油分抽出後の溶媒を水晶振動子３３上に所定量供給する分注ノズル１０８、水晶振動子３３の共振周波数を計測するセンサ回路１０４と、少なくとも流体デバイス１０１及びセンサ回路１０４を制御するコントローラ１０５を備える。油分抽出後の溶媒が供給されたセンサ部１０３内の水晶振動子３３の共振周波数を変化量に基づき、水晶振動子３３上に残留する油分を測定する演算部１０５aを有する。【選択図】図１
2017026560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油分を含む被処理水を溶媒と混合し、前記油分を前記溶媒に抽出する流体デバイスと、
内部に水晶振動子を、リング状スペーサを介して収容するケーシングを有するセンサ部と、
前記流体デバイスに接続され、前記センサ部の水晶振動子の上方に所定の間隔にて配され、前記油分抽出後の溶媒を水晶振動子上に所定量供給する分注ノズルと、
所定の周期で前記水晶振動子の共振周波数を計測するセンサ回路と、
少なくとも前記流体デバイス及び前記センサ回路を制御するコントローラと、
前記分注ノズルより前記所定量の油分抽出後の溶媒が供給された前記センサ部内の水晶振動子の共振周波数を前記センサ回路より受信し、当該受信した共振周波数の変化量に基づき、前記溶媒が蒸発した後に前記水晶振動子上に残留する油分を測定する演算部と、を備えることを特徴とする油分測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の油分測定装置において、
前記センサ部は、
前記水晶振動子の表面及び裏面にそれぞれ形成された表面電極及び裏面電極と、
前記水晶振動子の上面であって前記表面電極の外周側に配される上部リング状スペーサと、
前記水晶振動子の下面であって前記裏面電極の外周側に配される下部リング状スペーサと、を有することを特徴とする油分測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の油分測定装置において、
前記ケーシングは、内部に収容される前記水晶振動子に向かい貫通する開口部を有する上部ケーシングと、前記上部ケーシングに嵌合し前記上部ケーシングとの間に、前記水晶振動子を収容する内部空間を形成する下部ケーシングを備え、
前記上部リング状スペーサの上面は、前記開口部を画定する上部ケーシングの下面に当接し、前記下部リング状スペーサの下面は、前記下部ケーシングの上面に当接し押圧され位置付けられることを特徴とする油分測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の油分測定装置において、
前記コントローラは、前記分注ノズルの先端部が油分抽出後の溶媒に浸漬するよう、前記分注ノズルより前記油分抽出後の溶媒を吐出した後、前記分注ノズルの先端部が前記センサ部内の前記油分抽出後の溶媒の液面から離脱するまで前記分注ノズルを吸引動作するよう制御することを特徴とする油分測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の油分測定装置において、
前記上部ケーシングは、側面の下部に外側より内側へと突出し下部開口部を画定する凸部を有し、
前記下部ケーシングは、略中央部に前記下部リング状スペーサを押圧し固定する上面が平坦な円柱状の凸部を有し、
前記上部ケーシングは、前記下部ケーシングに設けられた円柱状の凸部の外周面と前記下部開口部を画定する凸部の側面が嵌合し固定されることを特徴とする油分測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の油分測定装置において、
前記下部ケーシングに設けられた円柱状の凸部の外径は、前記上部ケーシングの上面により画定される前記開口部の開口径より大きいことを特徴とする油分測定装置。
【請求項７】
請求項３又は請求項４に記載の油分測定装置において、
前記コントローラは、前記分注ノズルの先端部が前記上部ケーシングの開口部内に位置するとき、当該分注ノズルの先端部と前記水晶振動子との垂直方向の距離を予め格納する記憶部を備え、
前記コントローラは、前記記憶部に格納された前記垂直方向の距離となるよう、前記センサ部に対し前記分注ノズルを位置付けることを特徴とする油分測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の油分測定装置において、
前記上部ケーシングの上面に設けられた開口部は、円筒状の開口であって、
前記上部リング状スペーサの上面が、前記開口部を画定する前記上部ケーシングの下面であって前記開口部の周囲と当接することを特徴とする油分測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の油分測定装置において、
前記流体デバイスは、
複数の貫通孔を有する仕切り部を内部に有し、前記仕切り部により長手方向に２つの空間が形成された略円筒形状のシリンジと、
前記シリンジの内部であって、前記仕切り部より下方に配置され前記シリンジ内を上下に移動可能なピストンと、を備え、
前記ピストンの上下動により、前記シリンジ内で前記油分を含む被処理水と溶媒とを前記複数の貫通孔を上下に通流させ、前記油分を前記溶媒に抽出することを特徴とする油分測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の油分測定装置において、
前記仕切り部は、円柱状をなし、横断面略中央部に前記シリンジの長手方向に沿って貫通する第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔の周囲に形成され前記シリンジの長手方向に沿って貫通する複数の第２の貫通孔を有し、
前記第１の貫通孔の孔径は、前記第２の貫通孔の孔径よりも大きいことを特徴とする油分測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の油分測定装置において、
前記コントローラは、前記ピストンを所定回数上下動させ、前記油分を含む被処理水と溶媒とを、少なくとも前記第１の貫通孔及び第２の貫通孔のうち何れか一方を上下に通流させることを特徴とする油分測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の油分測定装置において、
前記コントローラは、
前記ピストンの上下動を停止することにより、前記油分が抽出された溶媒と前記被処理水を分離し、
前記分離後の前記油分抽出後の溶媒を、前記ピストンを緩速上昇させることにより、前記分注ノズルを介して前記センサ部内に所定量供給することを特徴とする油分測定装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の油分測定装置において、
前記演算部は、前記センサ回路より受信される前記所定の周期毎の共振周波数のうち、前回値との差分が所定値以下となるときの共振周波数と、前記油分抽出後の溶媒が所定量前記センサ部内に供給される前に計測される前記水晶振動子の基本共振周波数との差分を前記共振周波数の変化量とし、当該変化量に基づき油分の質量を求めることを特徴とする油分測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の油分測定装置において、
前記演算部は、前記求めた油分の質量と、前記流体デバイスにより前記油分を前記溶媒に抽出したときの前記油分を含む被処理水の体積に基づき、前記油分を含む被処理水中の油分濃度を求めることを特徴とする油分測定装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の油分測定装置において、  
前記仕切り部の前記ピストンとの対向面と反対側の面は、略円錐状の窪みを有し、
前記第１の貫通孔の孔径よりも大きい直径を有する球体を、前記略円錐状の窪みを有する前記仕切り部の面の上方に配し、
前記コントローラによる前記ピストンの下降により、前記球体が前記第１の貫通孔を閉塞することを特徴とする油分測定装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の油分測定装置において、
前記溶媒が前記第２の貫通孔を上下に通流することにより、前記シリンジ内で微細な液滴に分散されることを特徴とする油分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理現場における被処理水の水質、特に、随伴水あるいは排水等に残留する油分、すなわち、残油分を計測する油分測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油分を計測するものとして、例えば、特許文献１に記載される技術が知られている。特許文献１では、水晶振動子マイクロバランス（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ：以下、ＱＣＭと称す）を用い、測定対象である水溶性インクをインクジェットにより水晶振動子上にその液滴を滴下させ、液滴滴下前の水晶振動子の共振周波数（基本周波数）と、液滴滴下後に計測される共振周波数の変化量により水晶振動子上の付着物、すなわち、水溶性インクの質量を測定するものである。換言すれば、共振周波数（固有振動数とも言う）の変化とその表面上の付着量の特性を用いて、微量な試料水中の油分を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４５６２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の構成では、測定対象である水溶性インクを水晶振動子上に直接滴下し、水溶性インク中の油分の質量を計測するものであり、そもそもインク成分である油分が多量に含まれるものを測定対象としている。
【０００５】
従って、例えば、Ｏｉｌ＆Ｇａｓの現場における極微量の油分が含まれる随伴水、あるいは、生活廃水または工業用排水に含まれる微量の油分の計測については何ら考慮されていない。すなわち、公定法（水質汚濁防止法）により定められる被処理水中に含まれる油分の測定に適用することは困難である。
【０００６】
そこで本発明は、水処理現場における被処理水中に残留する油分が希薄な場合であっても、当該油分を高精度に計測することが可能な油分測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の油分測定装置は、油分を含む被処理水を溶媒と混合し、前記油分を前記溶媒に抽出する流体デバイスと、内部に水晶振動子を、リング状スペーサを介して収容するケーシングを有するセンサ部と、前記流体デバイスに接続され、前記センサ部の水晶振動子の上方に所定の間隔にて配され、前記油分抽出後の溶媒を水晶振動子上に所定量供給する分注ノズルと、所定の周期で前記水晶振動子の共振周波数を計測するセンサ回路と、少なくとも前記流体デバイス及び前記センサ回路を制御するコントローラと、前記分注ノズルより前記所定量の油分抽出後の溶媒が供給された前記センサ部内の水晶振動子の共振周波数を前記センサ回路より受信し、当該受信した共振周波数の変化量に基づき、前記溶媒が蒸発した後に前記水晶振動子上に残留する油分を測定する演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、Ｏｉｌ＆Ｇａｓ等の水処理現場における被処理水中に残留する油分が希薄な場合であっても、当該油分を高精度に計測することが可能な油分測定装置を提供することができる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例に係る油分測定装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す油分測定装置を構成するセンサ部の一部透過斜視図である。
【図３】図２に示すセンサ部を構成する水晶振動子の概略構成図である。
【図４】図２に示すセンサ部の縦断面図である。
【図５】図４に示すセンサ部の組み立て工程を示す図である。
【図６】図４に示すセンサ部の組み立て工程を示す図である。
【図７】図４に示すセンサ部の組み立て工程を示す図である。
【図８】図４に示すセンサ部の組み立て工程を示す図である。
【図９】図１に示す油分測定装置を構成する流体デバイスの縦断面図である。
【図１０】ヘキサンに被処理水中の油分が浸透、抽出される原理の説明図である。
【図１１】図９に示す流体デバイスの動作シーケンスの説明図である。
【図１２】図１に示すセンサ回路及びコントローラの機能ブロック図である。
【図１３】溶媒抽出工程後の油分測定工程の状態を表す説明図である。
【図１４】溶媒抽出工程後の油分測定工程の状態を表す説明図である。
【図１５】溶媒抽出工程後の油分測定工程の状態を表す説明図である。
【図１６】溶媒抽出工程後の油分測定工程の状態を表す説明図である。
【図１７】本発明の一実施例に係る油分測定装置による全体処理フロー図である。
【図１８】図１に示す油分測定装置により計測される共振周波数の時間的変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書における被処理水とは、Ｏｉｌ＆Ｇａｓの現場における随伴水、あるいは、生活廃水または工業用排水等を含み、被処理水は場合によっては、試料水と呼ばれることもある。また、以下では、ＱＣＭ法による測定値を共振周波数と称するが、固有振動数と称される場合もある。
【００１２】
先ず、被処理水の油分分析は公定法（水質汚濁防止法）で定められており、その分析方法ではｎ−ヘキサン（以下、単にヘキサンと称す）に抽出される物質が被処理水中の油分と定義されている。従って、公定法ではまず、被処理水から油分を溶媒であるヘキサンに全て抽出し、そのヘキサンを蒸発させた後に残留する物質の質量からもとの被処理水の油分濃度を計測する。
【００１３】
質量の計測には高精度、高感度な電子天秤等が用いられるが、油分が希薄な被処理水を測定する場合には電子天秤でも検出可能な十分な油分をヘキサンに抽出しなければならないため、被処理水及びヘキサンとも多くの容量を要する。そのため、より短時間で多容量のヘキサンを蒸発させるために高温・減圧環境下を必要とし、Ｏｉｌ＆Ｇａｓの水処理現場等で要求される迅速なin-situ分析には向かない。
【００１４】
公定法に代わる分析方法として分光分析を応用した機器が実用化されており、屋外でも使用可能なハンディータイプのものも製品化されている。しかし、固形物の除去処理や溶媒抽出等の試料の前処理は事前に行っておかなければならなく、また、コントロール試料等を使って濃度と吸光度間の検量線を分析対象毎に作成する必要がある。
【００１５】
このように、公定法に基づく溶媒抽出法・重量法、分光計測等では、いずれも水処理現場で十分な精度で油分を分析することはこれまでは不可能であった。
【００１６】
本発明の実施形態に係る被処理水中の油分を計測する油分測定装置では、公定法に基づき、まず、被処理水中の油分を全てヘキサンに移動させる（ヘキサン抽出）。そして、そのヘキサンを、詳細後述する水晶振動子を有するセンサ部へ所定量供給し、ヘキサンのみを蒸発させる。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計測する。そして計測されたヘキサン抽出物質の質量、所定量供給したヘキサン及びもとの被処理水の体積量から、被処理水に含まれていた油分濃度を計測する。  
このような一連の分析プロセス、すなわち、油分のヘキサンへの抽出、油分を含有するヘキサンのセンサ部内の水晶振動子上での蒸発、水晶振動子上の残留付着物の質量測定を簡素な装置構成で実現する。
【００１７】
なお、このような水晶振動子の共振周波数の変化量から水晶振動子表面上の付着量（質量）を求める計測方法はＱＣＭ法と呼ばれ、薄膜形成プロセスにおける膜厚モニター等に実用化されている。実用化されているＱＣＭ用水晶振動子は、例えば、直径２ｍｍ〜１０ｍｍ、厚みが数百μｍ、数ＭＨｚ帯域の共振周波数を有する。数ｎｇから数十μｇオーダーのレンジで表面上の付着物質の質量を測定することができる。
【００１８】
本発明の実施形態に係る被処理水中の油分を計測する油分測定装置は、凝集磁気分離等の水/油分離処理プロセス等の残油分モニターとして水処理プラントに適用でき、プラントの運転状況や性能の監視にも適用することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、本発明の一実施例に係る油分測定装置の全体構成図を示す。本実施例の油分測定装置１は、被処理水中の油分を溶媒であるヘキサンに抽出させ、なおかつ抽出した油分を送液するためのシリンジ型の流体デバイス１０１、流体デバイス１０１内のピストンを駆動するためのモータ１０２、油分を抽出したヘキサンを蒸発させ、さらに残留したヘキサン抽出物質（油分）の質量を計測するＱＣＭセンサであるセンサ部１０３、センサ部１０３の内部に設けられる水晶振動子を発振させ、共振周波数を計測するためのセンサ回路１０４、計測結果を表示する表示部１０９を有し、油分測定装置１全体を制御するコントローラ１０５から構成される。  
なお、図示しないが、これらの機器を駆動するための電源も備えられている。特に、Ｏｉｌ ＆ Ｇａｓ等の水処理現場である屋外で使用する際には、繰り返し充電が可能なバッテリーを用いると良い。
【００２１】
流体デバイス１０１では、流入パイプ１０６より被処理水及び溶媒であるヘキサン１１０を吸引し、モータ１０２により内部のピストンを駆動して、ヘキサンに被処理水中の油分を抽出させる（詳細は後述する）。そして、ほぼ完全に被処理水中の油分をヘキサンに抽出させた後に、流出パイプ１０７を介して分注ノズル１０８より、油分抽出後のヘキサンをセンサ部１０３に所定量供給する。
【００２２】
次に、センサ部１０３の内部構造及び組み立て工程を、図２から図８を用いて説明する。図２は、図１に示すセンサ部１０３の一部透過斜視図であり、図３は、図２に示すセンサ部を構成する水晶振動子の概略構成図である。また、図４は、図２に示すセンサ部１０３の縦断面図であり、図５から図８は、図４に示すセンサ部１０３の組み立て工程を示す図である。  
図２に示すように、ＱＣＭセンサであるセンサ部１０３は、上部ケーシング３４及び下部ケーシング３５からなる筐体を有し、上部ケーシング３４の上面に、当該上部ケーシング３４を貫通する開口部３９を備える。開口部３９の直下には、点線で示す（筐体内に配される）円板状の水晶振動子３３の上面に、例えば、薄膜形成プロセスにより形成された表面電極３１が位置する。また、点線で示す（筐体内に配される）リング状スペーサである上部Ｏリング３６は、開口部３９を画定する上部ケーシング３４の壁面、すなわち、開口部３９の外側であって上部ケーシング３４の裏面、及び水晶振動子３３の上面と当接し、供給される油分抽出後のヘキサンが流出せぬようシールする。ここで、リング状スペーサである上部Ｏリング３６は、例えば、ゴム等の弾性部材により構成される。
【００２３】
ＱＣＭ法では、水晶振動子３３の厚みすべり方向の電気-機械的振動（厚みすべり振動：Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ−ｓｈｅａｒ−ｍｏｄｅ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を利用するため、ＡＴカットとよばれる方位に切り出された水晶板の両面に表面電極３１（分注ノズル１０８と対向する側）、裏面電極３２（水晶板を挟み表面電極３１と反対側）を設ける。これら表面電極３１及び裏面電極３２は、円板状の水晶板の両面にスパッタリング、ＣＶＤ、或いはＰＶＤ等の薄膜形成プロセスにて形成される。形成される表面電極３１及び裏面電極３２の膜厚は、例えば、数ｎｍ〜数μｍのオーダーとなる。図３において、裏面電極３２は、水晶振動子３３の裏面側のため破線で示している。このような水晶振動子３３を電気的振動素子の一部として発振回路を構成し、発振させたときの共振周波数を測定する。なお、これら表面電極３１及び裏面電極３２の構成材材料としては、例えば、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）またはＣｒ等が用いられる。  
片側の電極表面（表面電極３１）に付着物がある場合、厚みすべり方向の振動特性が変化するため、その共振周波数が変化する（付着物の質量に応じて共振周波数が低い方向にシフトする）。このときの共振周波数の低下量から電極表面の付着物の質量が計測される。この共振周波数の変化量と質量の関係は水晶振動子３３の形状、電極の面積等をパラメータとして、Ｓａｕｅｒｂｅｙの式（以下の式（１））によって与えられる。  
Δｆ＝−２×ｆ０２×｛Δｍ／（Ａ×（ρｑ×μｑ）１／２）｝・・・（１）  
ここで、Δｆは共振周波数変化量（Ｈｚ）、Δｍは質量変化量（ｇ）、ｆ０は基本共振周波数（Ｈｚ）、ρｑは水晶の密度（ｇ／ｃｍ３）、μｑはＡＴカット水晶のせん断応力（ｇ／ｃｍ.ｓ２）、Ａは電極面積（ｃｍ２）であり、ρｑ＝２.６４８ｇ／ｃｍ３、μｑ＝２.９４７×１０１１ｇ／ｃｍ.ｓ２である。  
本実施例では、このようなＱＣＭ用の水晶振動子３３を質量センサとして、被処理水中の油分の質量測定に用いる。
【００２４】
図４に示すように、ＱＣＭセンサ部であるセンサ部１０３は、上部ケーシング３４、下部ケーシング３５、及び、上部ケーシング３４と下部ケーシング３５により形成される内部空間に、リング状スペーサである上部Ｏリング３６及び下部Ｏリング３７を介して水密に配される、表面電極３１及び裏面電極３２が形成された水晶振動子３３を備える。図４に示されるように、リング状スペーサである上部Ｏリング３６は、水晶振動子３３の上面であって、表面電極３１の外周側に当該表面電極３１より僅かに離間し配される。同様に、リング状スペーサである下部Ｏリング３７は、水晶振動子３３の下面であって、裏面電極３２の外周側に当該裏面電極３２より僅かに離間し配される。従って、上部Ｏリング３６により囲まれる水晶振動子３３及び表面電極３１の面積は、表面電極３１の面積と見做すことができる。以下では、上部Ｏリング３６により水密にシールされる水晶振動子３３の領域の面積とは、表面電極３１の面積を意味する。  
図４に示すように、上部ケーシング３４は、その両側部において縦断面が略コ字状をなし、両側部の外側より内側へと水平に延在し、相互に対向する断面形状凸状の凸部間に、開口部３９を有する。すなわち、上部ケーシング３４の上面は、上方から見て円形状の開口部３９を画定する。一方、上部ケーシング３４の両側部の下部は、同様に外側より内側へと水平に突出し、相互に対向する凸部を有する。すなわち、上部ケーシング３４の下面は、図４において下方より見て円形状の開口部を画定する。上部ケーシング３４の上部側の凸部は、下部側の凸部よりも、内側へと延在する。
【００２５】
下部ケーシング３５は、外縁部側に段差を有する縦断面略台形状、すなわち、外縁部近傍を除くその内側に上方に突出する円柱状の凸部を有し、その凸部の上面は平坦に形成されている。上部ケーシング３４は、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の外周面及び底面（段差部の上面）にて、それぞれ、上部ケーシング３４の下部に設けられた凸部の開口部を画定する端面及び凸部の底面が当接し係合する。ここで、上部ケーシング３４及び下部ケーシング３５は、溶媒に耐性を有し絶縁性のテフロン又はＰＥＥＫ材等で構成される。  
図４に示すように、上部ケーシング３４に形成される開口部３９の幅Ｗ１（開口径）と、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の平坦な上面（リング状スペーサである下部部Ｏリング３７との当接面）の幅（外径）Ｗ２とは、Ｗ２＞Ｗ１の関係にある。なお、図４では、下部ケーシング３５に設けられる円柱状の凸部の上面の外径Ｗ２と、水晶振動子３３の外径とが同一の場合を示すが、これに限られるものではない。例えば、上記円柱状の凸部の上面の外径Ｗ２が水晶振動子３３の外径よりも大きくしても良い。但し、この場合において、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の上面の外径Ｗ２は、少なくとも、リング状スペーサである下部Ｏリング３７の外径よりも大きいことが好ましい。また、下部ケーシング３５の形状は、必ずしも外縁部近傍に段差部を有する形状に限られるものではない。
【００２６】
以下、本実施例では、一例として、円形状の表面電極３１及び裏面電極３２の外形（直径）Ｄ１を５．０ｍｍ、リング状スペーサである上部Ｏリング３６及び下部Ｏリング３７の内径Ｄ２を５.５ｍｍ、円板状の水晶振動子の外形Ｄ３を８.７ｍｍとする場合を説明する。なお、開口部３９の開口径Ｗ１は、リング状スペーサである上部Ｏリング３６の内径と等しい。  
また、図４に示すように、分注ノズル１０８の先端部（表面電極３１に対向する側の端部）と水晶振動子３３の上面との垂直方向の距離、すなわち、水晶振動子３３の上面から分注ノズル１０８の先端部までの高さｈ１、分注ノズル１０８の先端部と表面電極３１との垂直方向の距離、すなわち、表面電極３１から分注ノズル１０８の先端部までの高さｈ２は、以下の関係にある。表面電極３１及び裏面電極３２を含む水晶振動子３３の厚さは数百μｍ程度であり、一方、上述の薄膜形成プロセスにて、水晶振動子３３の表面及び裏面に形成される表面電極３１及び裏面電極３２の膜厚は数ｎｍ〜数μｍである。従って、表面電極３１と分注ノズル１０８の先端部間の垂直方向の距離ｈ２は、水晶振動子３３の上面と分注ノズルの先端部間の垂直方向の距離ｈ１に近似される。  
図４に示す、分注ノズル１０８の先端部が、センサ部１０３に対し位置決めされた状態で、分注ノズル１０８から、開口部３９を含み、リング状スペーサである上部Ｏリング３６にて水密にシールされる水晶振動子３３の領域へ、詳細後述する油分抽出後のヘキサンを供給する場合を想定する。このとき、油分抽出後のヘキサンの水面が分注ノズルの先端部に達する位置まで供給すると、水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンは、上部Ｏリング３６にて水密にシールされる、水晶振動子３３の円形の領域の面積（表面電極３１の面積）と、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１により定まる。表１に、表面電極３１及び裏面電極３２の外形（直径）Ｄ１を５．０ｍｍ、リング状スペーサである上部Ｏリング３６及び下部Ｏリング３７の内径Ｄ２を５.５ｍｍ、開口部３９の開口径Ｗ１を５.５ｍｍ、及び円板状の水晶振動子３３の外形Ｄ３を８.７ｍｍとしたときの、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１と、油分抽出後のヘキサン供給量との関係を示す。  
【００２７】
【表１】
2017026560.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、距離ｈ１が０.２５ｍｍでは水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンの供給量は７.１μＬ、距離ｈ１が０.５０ｍｍでは水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンの供給量は１４.２μＬである。また、距離ｈ１が０.７５ｍｍでは水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンの供給量は２１.３μＬ、距離ｈ１が１.００ｍｍでは水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンの供給量は２８.４μＬであった。分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１は、０.２５ｍｍ≦ｈ１≦１.０ｍｍとするのが望ましく、更に好ましくは、０.３ｍｍ≦ｈ１≦０.７０ｍｍである。また、油分が希薄な被処理水ほど分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１を大きくすることが望ましい。  
なお、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１は、リング状スペーサである上部Ｏリング３６の内径及び／又は開口部３９の開口径Ｗ１に依存する。
【００２９】
本実施例では、図４に示すように、開口部３９の形状を、上部ケーシング３４を貫通する円筒形状としたが、これに限られるものではない。例えば、円錐形状の頂部より所定の距離上方へ位置する水平面で切り欠いた形状としても良い。すなわち、図４に示す縦断面図において、開口部３９を画定する上部ケーシング３４の凸部の内周面が、上方に向かうに従い内側から外側へと傾斜する傾斜面を有する形状としても良い。但し、この場合、傾斜面は、分注ノズル１０８がセンサ部１０３に対し位置決めされたとき、分注ノズル１０８の先端部の位置よりも上方に設けることが望ましい。
【００３０】
次に、センサ部１０３の組み立て工程について説明する。図５から図８にセンサ部１０３の組み立て工程における各状態を示す。  
まず、図５に示すように、円柱状の凸部を有する治具３８を用意する。ここで、治具３８の円柱状の凸部の外径は、図４に示した開口部３９の開口径Ｗ１に対応している。治具３８の上方より上部ケーシング３４を、上部ケーシング３４の上面により画定される開口部３９が治具３８の円柱状の凸部と嵌合するよう、挿入する。その後、治具３８の円柱状の凸部の外周面に、リング状スペーサである上部Ｏリング３６を取り付ける。この際、治具３８の円柱状の凸部に嵌合された、開口部３９を画定する上部ケーシング３４の凸部の上面（図４では下面）のうち、上部Ｏリング３６との当接部を、例えば、絶縁性の接着剤等により固定する。これにより、次工程における、表面電極３１及び裏面電極３２が形成された水晶振動子３３を設置する作業が容易となる。なお、治具３８の円柱状の凸部外周面と上部Ｏリング３６の内周面とが密に当接する場合には、必ずしも、絶縁性の接着剤等により固定する必要はない。
【００３１】
続いて図６に示すように、表面電極３１及び裏面電極３２が形成された水晶振動子３３を上方より、表面電極３１が下側となるよう載置する。このとき、表面電極３１の外周側であって、表面電極３１より僅かに離間する水晶振動子３３の上面が、上部Ｏリング３６と当接する。次に、図７に示すように、水晶振動子３３の裏面（図７では上側の面）に、下部Ｏリング３７を取り付ける。その後、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の上面が下側となるよう、下部ケーシング３５を配し、上方より下部Ｏリング３７を押圧するよう上部ケーシング３４に嵌合させる。このとき、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の外周面と、上部ケーシング３４の下部開口部（図４）を画定する凸部の内周面とが当接する。それと同時に、下部ケーシング３５の円柱状の凸部の周囲に形成される段差部と、上部ケーシング３４の下部開口部を画定する凸部の底面とが当接する。  
次に図８に示すように、下部ケーシング３５に設けられた円柱状の凸部の平坦な上面により、下部Ｏリング３７が押圧された状態を維持しつつ、図示しないネジ等により上部ケーシング３４に下部ケーシング３５を螺合し緊合させる。その後、治具３８を取外し、センサ部１０３の組み立て工程を終了する。
【００３２】
次に、流体デバイス１０１の内部構造、動作及び機能を、図９から図１１を用いて説明する。図９は、図１に示す油分測定装置１を構成する流体デバイス１０１の縦断面図であり、図１０は、ヘキサンに被処理水中の油分が浸透、抽出される原理の説明図であり、図１１は、流体デバイス１０１の動作シーケンスの説明図である。  
図９に示されるように、流体デバイス１０１は、外観が略円筒状のシリンジ２０１、シリンジ２０１内を上昇又は下降するピストン２０８、ピストン２０８に連結されモータ１０２からの駆動力によりピストン２０８を上下に直動させるピストンロッド２１１から構成される。また、シリンジ２０１の内部には、シリンジ２０１の内部空間を長手方向に沿って上下に２つの室に分割する仕切り部２０４を有する。図９に示すように、仕切り部２０４の上面は円錐状の窪みを有する円柱状の部材で構成され、仕切り部２０４の略中央部に形成され、シリンジ２０１の長手方向に沿って貫通する第１の貫通孔である連通孔２０３（以下、連通孔と称す）、連通孔２０３の周囲に形成されシリンジ２０１の長手方向に沿って貫通する第２の貫通孔である小径ノズル２０２（以下、小径ノズルと称す）が複数配置されている。連通孔２０３の孔径は小径ノズル２０２の孔径より大きく、連通孔２０３にはそれを塞ぐのに十分な大きさの直径を有する球体２０５が備えられている。なお、本実施例では連通孔２０３を塞ぐものとして球体を用いたが、円錐体でも良く、更には仕切り部２０４を境に連通孔２０３を通じて上の室から下の室への流れを阻止する逆止弁機能を持つ部材を配置しても良い。
【００３３】
また、シリンジ２０１の上面には、それぞれ図１に示す流入パイプ１０６、流出パイプ１０７と接続され得る流入口２０６、流出口２０７が形成されている。流入パイプ１０６を介した流入口２０６からのヘキサンおよび被処理水の吸引、流出口２０７から流出パイプ１０７への油分抽出後のヘキサンの吐出は、ピストン２０８の矢印２１０の方向への下降および、矢印２０９の方向への上昇によって実現される。ピストン２０８の中心部にはメネジが形成されており（図示せず）、ピストンロッド２１１に形成されたネジ山（図示せず）を介して連結している。さらにピストンロッド２１１は、図１に示すモータ１０２とカップリングしており、モータ１０２を回転させることでピストンロッド２１１を回し、その回転変位はピストン２０８の上昇または下降の直線変位に変換される。
【００３４】
なお、図示しないがこのような回転変位から直線変位に変換するため、ピストン２０８がピストンロッド２１１の回転に伴って回されないよう、回転変位を拘束する機構が備えられている。通常のネジ規格に基づいて設計すれば、ピストンロッド２１１が図９中右回りの方向２１２に回転しているときピストン２０８は矢印２１０の方向に下降し、左回りの方向２１３に回転しているときは矢印２０９の方向に上昇する。  
また、ピストンロッド２１１に加わる矢印２０９の方向への上昇力の調整は、図１に示すコントローラ１０５により、モータ１０２の駆動電圧、電流、或いはパルス数等を調整し、モータ１０２の回転軸により生じるトルクを制御することで行われる。ここで、モータ１０２として、例えば、ステッピングモータが用いられる。
【００３５】
次に流体デバイス１０１中でどのようにして、被処理水からヘキサンに油分を抽出させるかを説明する。溶媒であるヘキサンの一般的な特性として油は溶解するが疎水性であるために水とは混合しない。上述の公定法に従って、油分を測定する場合、被処理水とヘキサンを容器の中に入れ両者を振動させながら被処理水側の油分をヘキサンに抽出させる。その際、ヘキサン２１５は、図１０に示すように被処理水２１４中に細かな液滴となって分散した状態となる。このヘキサン２１５の分散状態では、被処理水２１４とヘキサン２１５の界面の総面積が増大し、図１０に示すように界面を介して被処理水側の油分２１６が矢印に示すように効率よくヘキサン２１５側に移動する。
【００３６】
本実施例では、被処理水２１４とヘキサン２１５を容器ごと振動させるのではなく、ノズルを用いた流体的な操作によって図９のようなヘキサン２１５の分散状態を形成することを特徴とする。図１０に示されるように、小径ノズル２０２のような細い流路を速い流速で流体が通過するとき、小径ノズル２０２の出口では噴流が発生する。噴流内部の流れ場では強いせん断応力が発生しているため、小径ノズル２０２の出口付近では２相（本実施例では被処理水２１４とヘキサン２１５）の液体のうち一方は分裂を繰り返し、さらに細かな液滴へと分裂する。このような２相流体の特性を利用し、被処理水２１４中に細かいヘキサン２１５の液滴が分散した状態を発生させ、被処理水２１４中の油分のヘキサン２１５の相への抽出を促進させた。
【００３７】
図１１の左図に示されるようにピストン２０８が停止状態のとき、ヘキサン２１５と被処理水２１４は分離した状態となる。これは、ヘキサン２１５が被処理水２１４より低密度のため、両者の分離状態では常にヘキサン２１５が上側になる。図１１の中央図のようにピストン２０８を速く下降させると球体２０５が連通孔２０３を塞ぎ、仕切り部２０４を境に上の室から下の室へと連通する流路は複数の小径ノズル２０２のみとなる。このとき、十分な速度でピストン２０８を下降させれば、各小径ノズルの２０２の出口付近では噴流が形成され、ヘキサン２１５の相がこの小径ノズル２０２を通過する際に、被処理水２１４の相に細かな液滴となって分散する。このようにヘキサン２１５の相を被処理水２１４の相に分散させることで、両者の界面の総面積を増大させることができ、ヘキサンによる油分の抽出が進行する。
【００３８】
次にこの分散状態で、図１１の右図のように球体２０５がわずかに浮上する程度の速度でピストン２０８を緩速上昇させると、分散状態又は油分を抽出したヘキサンを含む液体が上の室内で矢印２１７に示す流れを形成し、ヘキサン２１５の液滴と被処理水２１４を混合させながら上の室に移動する。この混合によってヘキサンの界面近傍の油分濃度が均一化され、油分のヘキサンへの移動はさらに促進される。
【００３９】
本実施例の油分測定装置１における被処理水２１４の前処理に相当する油分のヘキサンへの抽出工程（以下、溶媒抽出工程と称す）では、図１１の中央図と右図に示すとおりピストン２０８の下降２１０と上昇２０９を繰り返し２１８実行する。これにより、被処理水２１４とヘキサン２１５間の界面の面積増大と両相の混合が行われ、容器全体を振動させることなく抽出できる。この界面の総面積の増大化と分散液の混合は油分がほぼ完全にヘキサン２１５側に移動し終わるまで繰り返される。  
被処理水２１４中の油分２１６がほぼ完全にヘキサン２１５の相に抽出された段階で、一度ピストン２０８を停止状態とし、図１１の左図に示すように静置し再び両者を分離状態にする。その後に、流入口２０６を図示しない制御バルブまたはピンチバルブ等で塞いでおき、ピストン２０８を緩速上昇（分離状態を維持した状態で上昇）させながら流出口２０７及び図１に示す流出パイプ１０７を介して分注ノズル１０８よりセンサ部１０３へ、油分抽出後のヘキサン２１５を所定量供給させる。
【００４０】
ここで、図１に示すセンサ回路１０４及びコントローラ１０５の構成について説明する。図１２に、センサ回路１０４及びコントローラ１０５の機能ブロック図を示す。センサ回路１０４は、センサ部１０３内の水晶振動子３３を基本共振周波数ｆ０にて振動させるための発振回路１０４ｃ、上部ケーシング３４の上面により画定される開口部３９を介し、上部Ｏリング３６にて水密にシールされる水晶振動子３３の領域へ、被処理水中の油分が抽出されたヘキサン所定量供給後の水晶振動子３３の共振周波数を、所定の周期で計測する周波数測定部１０４ａ及び記憶部１０４ｂを備えている。ここで、水晶振動子３３の共振周波数を計測する周期は、例えば、０.１ｓｅｃに設定される。また、コントローラ１０５は、予め記憶部１０５ｂに記憶された各種プログラムを読み出し実行する演算部１０５ａ、図１に示すモータ１０２の駆動電圧、電流、或いはパルス数等を調整しモータ１０２の回転軸に生じるトルクを制御する制御部１０５ｃ、演算部１０５ａによる演算結果、すなわち、上述の被処理水中の油分濃度を表示部１０９へ表示するための表示制御部１０５ｄから構成される。なお、演算部１０５ａ及び制御部１０５ｃを一体で実現しても良い。また、制御部１０５ｃは、上述のモータ１０２の制御の他、センサ回路１０４内の発振回路１０４ｃの動作タイミングの制御、分注ノズル１０８のセンサ部１０３に対する位置決め制御、分注ノズル１０８から上部Ｏリング３６により水密にシールされた水晶振動子３３への油分抽出後のヘキサンの吐出、及び上部Ｏリング３６により水密にシールされた水晶振動子３３へ供給された油分抽出後のヘキサンを分注ノズル１０８により吸引する動作の制御等も行う。ここで、ステッピングモータであるモータ１０２の制御には、分注ノズル１０８による油分抽出後のヘキサン吐出時のパルス数、及び供給された油分抽出後のヘキサンの分注ノズル１０８による吸引時のパルス数の出力も含まれる。また、記憶部１０５ｂは、上述の分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１を予め格納する。
【００４１】
次に、上述の流体デバイス１０１による、被処理水中の油分を溶媒であるヘキサンへ抽出した（溶媒抽出工程）後に、センサ部１０３への油分抽出後のヘキサン供給及びセンサ部１０３を構成する水晶振動子３３による測定について説明する。図１３から図１６は、溶媒抽出工程後の油分測定工程の状態を表す説明図である。特に、図１３から図１６では、分注ノズル１０８及びセンサ部１０３の状態を示している。  
まず、図１３に示すように、上述したように、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１となるよう、分注ノズル１０８がセンサ部１０３に対し位置決めされる。その後、ステッピングモータであるモータ１０２により、所定のパルス数に対応しピストン２０８を緩速上昇させ、流体デバイス１０１の流出口２０７及び流出パイプ１０７を介して分注ノズル１０８よりセンサ部１０３へ油分抽出後のヘキサン３０２が吐出される。この分注ノズル１０８による油分抽出後のヘキサン３０２の吐出は、分注ノズル１０８の先端部が油分抽出後のヘキサン３０２に浸漬するまで実行される。これにより、図１３に示すように、上部Ｏリング３６により水密にシールされた水晶振動子３３の領域へ、油分抽出後のヘキサン３０２が供給され、その液面は上部ケーシング３４の上面により画定される開口部３９内の上部付近まで達する。
【００４２】
その後、モータ１０２により、所定のパルス数に対応しピストン２０８を緩速下降させ、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２は、分注ノズル１０８により吸引される。吸引された油分抽出後のヘキサン３０２は、流出パイプ１０７内を逆流し流出口２０７から流体デバイス１０１内へ返送される。分注ノズル１０８による吸引動作が継続されると、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面は徐々に低下し、やがて空吸い状態に達する。空吸い状態となった時点で、分注ノズル１０８による油分抽出後のヘキサン３０２の吸引は自動的に停止し、それまで油分抽出後のヘキサン３０２に浸漬していた分注ノズル１０８の先端部は、油分抽出後のヘキサン３０２より離脱する。その結果、図１４に示すように、油分抽出後のヘキサン３０２の液面は、分注ノズル１０８の先端部の位置に相当する液面高さまで低下する。これにより、一定量の油分抽出後のヘキサン３０２がセンサ部１０３へ供給されることになる。ここで、一定量の油分抽出後のヘキサン３０２の供給量とは、上述のとおり、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１及び上部Ｏリング３６により水密にシールされる水晶振動子３３の領域の面積（表面電極３１の面積）に基づく体積となる。
【００４３】
図１４に示す状態から、時間の経過と共に油分抽出後のヘキサン３０２のうち、揮発性の高いヘキサンのみが蒸発する。図１５に示すように、ヘキサンが蒸発することにより、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面は更に低下する。そして、ヘキサンが完全に蒸発した後、ヘキサンに抽出されていた油分のみ、すなわち、図１６に示すように、溶媒蒸発後の油分３０３のみが、水晶振動子３３及び水晶振動子３３の上面に形成された表面電極３１上に付着し残留する。なお、図１３に示した分注ノズル１０８からセンサ部１０３へ油分抽出後のヘキサンを吐出する前より、センサ回路１０４を構成する周波数測定部１０４ａ（図１２）は、例えば、０.１ｓｅｃ周期で水晶振動子３３の共振周波数を計測する。  
これらセンサ回路１０４及びコントローラ１０５により実行される油分測定装置１の全体処理フローを図１７に示す。また、図１８に、油分測定装置１により計測される共振周波数の時間的変化を示す。図１７に示すように、上述の図９から図１１にて説明した流体デバイス１０１を動作させ被処理水中の油分を溶媒であるヘキサンに移動させて抽出する溶媒抽出工程（ステップＳ１１）後、分注ノズル１０８及びセンサ部１０３の位置決めを行う（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、コントローラ１０５を構成する制御部１０５ｃが、記憶部１０５ｂに格納される、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１を読み出す。読み出された距離ｈ１に基づき、制御部１０５ｃは、分注ノズル１０８に設けられた図示しない位置決め機構をＺ方向に駆動することにより、分注ノズル１０８の先端部を、水晶振動子３３の上方であって距離ｈ１だけ水晶振動子３３より離間する位置に位置付ける。なお、ここで、図示しない位置決め機構は、分注ノズル１０８をＺ方向に移動する構成に替えて、センサ部１０３をＺ方向に移動させる構成としても良い。すなわち、位置決め機構は、分注ノズル１０８及びセンサ部１０３を相対的にＺ方向に移動可能な構成であれば、いずれの態様であっても良い。また、Ｚ方向のみに限らず、更にＸ，Ｙ方向の移動も可能とする構成としても良く、いずれにせよ、分注ノズル１０８及びセンサ部１０３が相対的に移動可能な構成であれば良い。
【００４４】
ステップＳ１３では、コントローラ１０５の制御部１０５ｃは、分注ノズル１０８からセンサ部１０３へ供給される、油分抽出後のヘキサン３０２が所定量（分注ノズル１０８の先端部が油分抽出後のヘキサン３０２に浸漬する量）となるよう、モータ１０２の駆動電圧又はパルス数等を調整し、流体デバイス１０１内のピストン２０８を緩速上昇させる。また、このステップＳ１３の動作開始前に、予めセンサ回路１０４内の発信回路１０４ｃにより水晶振動子３３を共振状態とし、その時の共振周波数を基本共振周波数ｆ０とし、記憶部１０４ｂ及び記憶部１０５ｂに格納する。ステップＳ１３終了時、上述の図１３に示す状態となる。  
次に、ステップＳ１４では、コントローラ１０５の制御部１０５ｃは、センサ部１０３内に供給された油分抽出後のヘキサン３０２を、分注ノズル１０８により吸引するよう、モータ１０２の駆動電圧又はパルス数等を調整し、流体デバイス１０１内のピストン２０８を緩速下降させる。これにより、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２は、流出パイプ１０７内を逆流し流出口２０７から流体デバイス１０１へ返送され、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面は徐々に低下する。分注ノズル１０８の先端部が油分抽出後のヘキサン３０２から離脱し、空吸い状態となり、分注ノズル１０８による油分抽出後のヘキサン３０２の吸引動作が停止する。ステップＳ１４終了時、上述の図１４に示す状態となる。
【００４５】
次に、ステップＳ１４にて、図１４に示すようにセンサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面が、分注ノズル１０８の先端部に対応する位置にある状態での水晶振動子３３の共振周波数を、センサ回路１０４内の周波数測定部１０４ａにて所定の周期（例えば、０.１ｓｅｃ）で計測する（ステップＳ１５）。これにより、時間（測定周期毎）と共に変化する水晶振動子３３の共振周波数の変動が得られる。この共振周波数の変動は、図１５において説明した溶媒であるヘキサンの蒸発に起因する。  
センサ回路１０４内の記憶部１０４ｂには、予め共振周波数の変動の閾値（Δｔｈ）が記憶されており、ステップＳ１５にて計測される現在の共振周波数と前回値（１測定周期前の共振周波数）との差分である共振周波数変動が所定値（閾値Δｔｈ）以下か、周波数測定部１０４ａが判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６にて、共振周波数の変動が所定値（閾値Δｔｈ）より大きい場合、ステップＳ１５に戻り次の測定周期での共振周波数が計測される。一方、ステップＳ１６による判定の結果、共振周波数の変動が所定値（閾値Δｔｈ）以下と判定された場合、ステップＳ１７へ進む。なお、このステップＳ１６における共振周波数変動の所定値（閾値Δｔｈ）との比較は、図１６で説明したように、水晶振動子３３及び水晶振動子３３の上面に形成された表面電極３１上の油分抽出後のヘキサン３０２から、ヘキサンが完全に蒸発した後は、水晶振動子３３及び表面電極３１上には、溶媒蒸発後の油分３０３のみが付着する状態となるため、その後に各周期で計測される共振周波数の変動は外乱による変動を除けば、ほぼ無くなることに着目したものである。  
ステップＳ１７では、ステップＳ１６にて所定値以下と判定された共振周波数を、センサ回路１０４内の記憶部１０４ｂに記憶する。このとき記憶部１０４ｂに記憶された共振周波数は、コントローラ１０５へ送信され、コントローラ１０５内の記憶部１０５ｂに記憶される。
【００４６】
続いて、継続測定をすべきか否か判定する（ステップＳ１８）。継続測定をすべきか否かの判定は、コントローラ１０５内の記憶部１０５ｂに予め格納された、被処理水中の油分計測スケジュールに従う。ステップＳ１８にて、継続測定有りと判定された場合は、ステップＳ１９へ進み、センサ部１０３を洗浄し、ステップＳ１３へ戻り、以降のステップを繰り返し実行する。なお、ステップＳ１９での、センサ部１０３の洗浄は、例えば、センサ部１０３内に純粋なヘキサンを滴下することで、水晶振動子３３及び表面電極３１上に付着する溶媒蒸発後の油分３０３を滴下されたヘキサンに溶解させ、その後、エアーダスター等により、溶媒蒸発後の油分３０３を含むヘキサンを吹き飛ばすことで実現される。このステップＳ１９での、センサ部１０３の洗浄が良好に実行されたか否かの判断は、例えば、洗浄後のセンサ部１０３内の水晶振動子３３の共振周波数を計測し、センサ回路１０４の周波数測定部１０４ａが、当該洗浄後の共振周波数と上述の記憶部１０４ｂに格納される基本共振周波数ｆ０とを比較することで容易に確認できる。  
一方、ステップＳ１８にて、継続測定なしと判定された場合、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、コントローラ１０５内の演算部１０５ａが、上記式（１）に基づき表面電極３１上の残留付着物である油分（溶媒蒸発後の油分３０３）の質量（ｍ）を求める。ステップＳ１４にて、油分抽出後のヘキサン３０２の液面が分注ノズル１０８の先端部にあるときの、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の体積（Ｖ１）と、求めた油分の質量（ｍ）に基づき、油分抽出後のヘキサン３０２中の油分濃度を算出する。また、ステップＳ１１において、流入パイプ１０６を介して流体デバイス１０１へ導入された油分を含む被処理水の体積（Ｖ２）、また、同様に流入パイプ１０６を介して流体デバイス１０１へ導入されたヘキサンの体積（Ｖ３）、及び求めた油分の質量（ｍ）から被処理水中の油分濃度を求める。すなわち、求めた油分の質量（ｍ）を被処理水中の油分濃度に換算する（ステップＳ２０）。なお、上記油分を含む被処理水の体積（Ｖ２）及び上記ヘキサンの体積（Ｖ３）は既知である。ステップＳ２０にて得られた被処理水中の油分濃度を記憶部１０５ｂに格納し（ステップＳ２１）、処理を終了する。
【００４７】
図１８に、本実施例の油分測定装置１により計測される共振周波数の時間的変化を示す。図１８は、横軸に時間、縦軸にＱＣＭセンサであるセンサ部１０３の水晶振動子３３の共振周波数を取り、センサ回路１０４により計測される共振周波数の時間変化を示している。  
図１８では、分注ノズル１０８の先端部と水晶振動子３３との距離ｈ１を０.５０ｍｍ、表面電極３１及び裏面電極３２の外形（直径）Ｄ１を５．０ｍｍ、上部Ｏリング３６及び下部Ｏリング３７の内径Ｄ２を５.５ｍｍ、開口部３９の開口径Ｗ１を５.５ｍｍ、及び円板状の水晶振動子３３の外形Ｄ３を８.７ｍｍとした。  
図１７で説明したように、分注ノズル１０８からセンサ部１０３へ油分抽出後のヘキサン３０２を供給開始する前より、センサ回路１０４の周波数測定部１０４ａは、所定の測定周期（０.１ｓｅｃ）で水晶振動子３３の共振周波数を計測し、記憶部１０４ｂに格納する。図１８に示すように、期間ＴＡは、吐出期間、すなわち、図１７に示すステップＳ１２実行前或いは、ステップＳ１２実行しステップＳ１３を実行する前から、ステップＳ１３実行後までの期間である。期間ＴＡにおいて、上述のステップＳ１３か開始されると、センサ部１０３へ油分抽出後のヘキサン３０２が分注ノズル１０８の先端部より上方まで供給される（図１３に示す状態）。これにより、計測される共振周波数は急激に低下する。
【００４８】
期間ＴＢは吸引期間であり、図１７に示すステップＳ１４を実行する期間である。期間ＴＢでは、上述のように、流体デバイス１０１のピストン２０８が緩速下降することにより、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面は徐々に低下し、期間ＴＢの終了時点では、センサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の液面は、分注ノズル１０８の先端部の位置に相当する液面高さとなる（図１４に示す状態）。そしてこの時点におけるセンサ部１０３内の油分抽出後のヘキサン３０２の供給量は、上述の表１に示す１４.２μＬであった。期間ＴＢでは、計測される共振周波数は変動しつつ、期間ＴＡに比較し上昇する。上述のステップＳ１３開始（図１８では、サンプル分注と表記）時点より、油分抽出後のヘキサン３０２中のヘキサンは、揮発性が高いことから蒸発し続ける（図１５に示す状態）。図１８では、３００ｓｅｃ経過した時点から計測される共振周波数の変動幅は低下し、図１７に示すステップＳ１６における所定値（閾値Δｔｈ）以下となる（図１６に示す状態）。これにより、油分抽出後のヘキサン３０２に含まれる油分の質量（ｍ）を求めることができる。  
分注ノズルから、表面電極上へ油分抽出後のヘキサンを微量（数μＬ未満）滴下する方式に比較し、本実施例では、センサ部１０３内に供給される油分抽出後のヘキサン３０２の供給量が増大することから、図１８に示すように、計測される水晶振動子３３の共振周波数が所定値（閾値Δｔｈ）以下となるまでに時間を要する。しかし、本実施例では、１回の測定において、センサ部１０３へ供給する油分抽出後のヘキサンの量を増加させることにより、例えば、随伴水等の油分が希薄な場合であっても、一度の計測にて確実に、被処理水である随伴水に含まれる油分の濃度を高精度に計測できる。
【００４９】
本実施例では、ステップＳ１６にて所定値以下と判定された共振周波数を、記憶部１０４ｂ及び記憶部１０５ｂに記憶するよう構成したが、これに限らず、ステップＳ１５にて、所定の周期で測定される共振周波数を、その都度、記憶部１０４ｂ及び記憶部１０５ｂに記憶する構成としても良い。この場合、表示制御部１０５ｄにより表示部１０９へ計測された共振周波数と測定時間との関係を表示することが可能となる。また、ステップＳ１６による判定を、周波数測定部１０４ａに替えて演算部１０５ａが実行するよう構成しても良い。  
なお、図１７に示すフローはコントローラ１０５の制御により実行されるものであるため、油分測定装置１を自動化することが可能となる。
【００５０】
本実施例によれば、水処理現場における被処理水中に残留する油分が希薄な場合であっても、当該油分を１度の計測にて高精度に計測できる。  
また、本実施例によれば、溶媒であるヘキサンに被処理水中の油分を効果的に移動させることができ、その後の油分抽出後のヘキサンをＱＣＭ法により油分濃度を計測するものであるため、低濃度の油分濃度の場合であっても計測することが可能となる。  
また、油分濃度の測定の自動化を可能とでき、従来のように分析室の検査技師に依頼することなくＯｉｌ＆Ｇａｓの水処理現場で開発者が自ら油分濃度計測を行うことも可能となる。また、ヘキサンへの油分抽出において振動を利用しないため、振動による障害を回避できるという特徴がある。  
なお、本実施例では、日本の公定法（水質汚濁防止法）において採用している油分抽出溶媒としてヘキサンを用いたが、これに限らず例えばアセトン、ジクロロメタン等、同様な機能・効果が得られる溶媒であれば用いることができる。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・油分測定装置
３１・・・表面電極
３２・・・裏面電極
３３・・・水晶振動子
３４・・・上部ケーシング
３５・・・下部ケーシング
３６・・・上部Ｏリング
３７・・・下部Ｏリング
３８・・・治具
３９・・・開口部
１０１・・・流体デバイス
１０２・・・モータ
１０３・・・センサ部
１０４・・・センサ回路
１０４ａ・・・周波数測定部
１０４ｂ・・・記憶部
１０４ｃ・・・発振回路
１０５・・・コントローラ
１０５ａ・・・演算部
１０５ｂ・・・記憶部
１０５ｃ・・・制御部
１０５ｄ・・・表示制御部
１０６・・・流入パイプ
１０７・・・流出パイプ
１０８・・・分注ノズル
１０９・・・表示部
１１０・・・被処理水及びヘキサン
２０１・・・シリンジ
２０２・・・小径ノズル
２０３・・・連通孔
２０４・・・仕切り部
２０５・・・球体
２０６・・・流入口
２０７・・・流出口
２０８・・・ピストン
２１１・・・ピストンロッド
２１４・・・被処理水
２１５・・・ヘキサン
２１６・・・被処理水中の油分
３０１・・・付着物
３０２・・・油分抽出後のヘキサン
３０３・・・溶媒蒸発後の油分
【図１】
2017026560.tif 000004
【図２】
2017026560.tif 000005
【図３】
2017026560.tif 000006
【図４】
2017026560.tif 000007
【図５】
2017026560.tif 000008
【図６】
2017026560.tif 000009
【図７】
2017026560.tif 000010
【図８】
2017026560.tif 000011
【図９】
2017026560.tif 000012
【図１０】
2017026560.tif 000013
【図１１】
2017026560.tif 000014
【図１２】
2017026560.tif 000015
【図１３】
2017026560.tif 000016
【図１４】
2017026560.tif 000017
【図１５】
2017026560.tif 000018
【図１６】
2017026560.tif 000019
【図１７】
2017026560.tif 000020
【図１８】
2017026560.tif 000021