技術紹介

株式会社堀場アドバンスドテクノ

溶媒抽出─非分散赤外吸収法による油分分析
高 坂

亮 太て定義する．日本国内での排水基準値1）としてノルマル

1 は じ め にヘキサン抽出物質量が 30 mg/L 未満であること（動植油は，食用，生活用品，燃料としても使用されている物油脂含有量として）が求められている．しかし，この我々の生活に欠かせない物質である．一方，多岐にわた

手法は n─ヘキサンと共沸しやすい油分や，ガソリンのる用途・場所で使用するので，それぞれの用途に応じてような低沸点油分を検出することができず，また分液漏油分を適切に管理する必要がある．工場排水のような水斗を用いた抽出操作に技術と時間を要するため，工業の中の油分分析には，水と油が混ざりにくい性質を利用し現場ではなく社内の分析室や外部の分析業者への委託にた溶媒抽出法が適している．溶媒抽出法は，対象物質をよって分析されることが多い．

溶解する有機溶媒に溶かして抽出する手法である．本稿

溶媒抽出─赤外吸収法は，油分が有機溶媒に溶けやす

では，工業の製造現場や品質管理に採用しやすい溶媒抽

く，また油分の持つ官能基の構造に応じて赤外線が吸収

出─非分散赤外吸収法を用いた油分分析について述べる．

されることを利用した手法である．フーリエ変換赤外分2 溶媒抽出法を用いた油分分析

光分析（FTIR）は，4000～500 cm－1 における赤外吸溶媒抽出法を用いた主な油分分析手法の例を表 1 にであり，油分を四塩化炭素などの有機溶媒で抽出後，油収スペクトルによって有機物を定性・数値化できる手法
分 分 子 の C─H 伸 縮 振 動 に 帰 属 さ れ る 3000～2850

示す．
ノルマルヘキサン抽出物質は日本産業規格（日本工業

cm－1 付近の吸光度2）から油分の濃度を計算する．赤外規格）JIS K 0102 工場排水試験法や国際標準化機構の吸収スペクトルを解析する知識が必要である点と，湿気規格である ISO 11349 に記載されている手法である．に弱いセル窓や精密な干渉計を持つ FTIR を使用するの工場排水のようなサンプル中の油分をノルマルヘキサンで，専門性の高い作業者が空調完備の分析室で分析を行（n─ヘキサン）と混合することで n─ヘキサン層に油分をうことが多い．溶媒抽出─紫外吸収法では油分が持つ共抽出し，その後蒸発乾固させた残留物の重量を油分とし役系の不飽和結合に由来する 200～400 nm の紫外吸光度を用いた分析手法である．紫外吸収を持たない抽出溶

表1

媒で油分を抽出し，紫外線分光光度計を用いて紫外吸光

油分分析手法の例

重量計測

測定原理

測定対象

強み

ヘキサンで抽 日本工業規格
ノルマルヘキサン抽出物
出される不揮 の公定法であ質発性油分る

吸光度分析

フーリエ変換
油分の定性分
C─H 結合を持
赤外分光分析
析，油分量のつ油分
溶 媒 抽 出─
（FTIR）
数値化が可能赤外吸収法
油分量の数値（波長：3.4非分散赤外吸 C─H 結合を持 化が可能
～ 3.5 μm）
収法（NDIR） つ油分
機器の操作が簡便
抽出溶媒として炭化溶媒抽出─紫外吸収法（波長：200 ～ 400nm）

114

紫外吸収を持 水素溶媒が使
つ油分用可能．機器の操作が簡便．

度を測定後，濃度換算を行う．すべての油分が紫外吸収を持つわけではなく，また抽出溶媒が可燃性の炭化水素系の有機溶媒であるので，使用量によっては消防法に基づいた管理と安全対策が必要である．
一方，溶媒抽出─赤外吸収法の 1 種である非分散赤外吸収法（NDIR）法は，光学フィルタによって特定の波長（C─H 伸縮振動）の吸光度を測定する手法である．
FTIR のようなスペクトル解析が不要であり，管理や頻繁なメンテナンスが必要な精密部品も使用していない．
よって，部品の洗浄室や，屋内の排水サンプリング地点のような工業現場でも使用しやすい．
いずれの分析手法も油分の分析法として広く用いられている手法であるが，工業の現場では定期的・日常的に分析を行うので，以下の点が重視される．①特別なスキルがなくても実施できること，②試薬への暴露が少なく
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表 2 油分抽出溶媒の物性比較

安全に分析作業が行えること，③品質管理に必要な分析精度が達成できること．溶媒抽出法による油分の抽出は，サンプルが液体，固体の両方の場合に適用でき，油を溶かして分析するという直感的な操作ができる点で，工業の現場からも受け入れられやすい．分析の専門家ばかりではない製造現場，環境管理部門や品質管理部門では溶媒抽出─赤外吸収（NDIR）法が採用されやすい．

3 油分抽出溶媒に求められる特性
溶媒には以下のような性質が要求される．
（1）油分を溶解し，かつ油分の吸収帯である 3000～－12800 cm付近の吸収量が少ないこと．

クロロトリフロオロ

化学名

テトラクロロメタン

C A S N o.

507-55-1
42-56-09002-83-9

沸点（℃）

76.8

135

15.2

1.2

1.591.8

蒸気圧（kP a）@ 25℃
密度（g/cm3）

溶媒抽出─赤外吸収法で油分の分析を行う場合，抽出

H-519

四塩化炭素

エチレン（3 量体）

GHS

─

モントリオール
規制

規制対象

規制対象外

（2）使用環境温度での蒸気圧が十分低く，揮発しにてその物質自体は不燃化しやすい．一方，C─F 結合をくいこと．
（3）化学的に安定な液体であり，人体に対して低毒持つ物質はフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレ性であり，理想的には不燃性であること．

ンに代表されるように水，油をはじく撥水，撥油の性質

過去，溶媒抽出─赤外吸収法で使用するために四塩化をもつため，C─F 結合を多く持つ化合物は油を溶解し炭素や CFC-113（トリクロロトリフルオロエタン）がにくく，（1）の油分を溶解する特性とのバランスが難はっすい

抽出溶媒として用いられてきた．これらの物質は，のちしい．以上のように，（1）～（3）すべての性質を満たすに発がん性やオゾン層破壊物質であることが判明したた

化学物質の探索は困難であるが，長年の取り組みを経て

3）め，現在はモントリオール議定書 に基づく各種法律で製造や使用が規制されている．（1）～（3）の性質を満たす物質を，化学物質の分子構造の面から説明する．（1）

当社では（1）～（3）の性質を持つ油分抽出溶媒 H-519と専用の油分濃度計 OCMA-500 シリーズを開発した．

H-519 の主成分はクロロトリフロオロエチレン（CClFの油分を溶解する性質を満たす物質は，油分と同じく疎＝CF2）が重合した物質であり，主成分の重合度は 3水性のアルキル基または炭素─塩素（C─Cl）結合をもつである．H-519 の物性を表 2 に示す．

物質が多い．しかし，アルキル基を持つ物質は n─ヘキ

四塩化炭素と比較し，常温での蒸気圧が低いので，取サンやオクタンといった炭化水素かメタノールやエタり扱い中に揮発しにくい液体である．安全性の面でもノールのようなアルコール類といった，いわゆる 3000GHS（globally harmonized system of classification and label-－1～2800 cmの吸収帯で赤外吸収を持つ物質であり，5）で表示が義務付けられている人体へのling of chemicals）

分析したい油分との区別が困難であるため油分の分析に影響，発がん性や生殖毒性といった特性は現在の化学的は適さない．一方，C─Cl 結合をもつ物質は油分を良く知見では見つかっていない．さらに，オゾン層破壊の懸溶かす化学物質である四塩化炭素やトリクロロエチレ念物質や温室効果ガスの製造と使用を制限したモントリ

ン，テトラクロロエチレンのような有機塩素系化合物でオール議定書においても，規制対象物質になっていなあり，3000～2800 cm－1 に特有の吸収は持たない．しい． ま た， 分 子 構 造 内 に C─H 結 合 も 持 た な い の で，かし，常温での蒸気圧が高く揮発しやすいことに加え，人体に対する毒性や地下水汚染の原因物質となっており（2），（3）の性質を満たさない．（2）については，一般3000～2800 cm－1 付近の吸収は小さい．FTIR で取得した H-519 の赤外吸収スペクトルを図 1 に示す．

的に沸点が高い物質が常温での蒸気圧も低い傾向があり，有機物の中でも炭素骨格が長く分子量が大きい化合物や，塩素やフッ素といったハロゲンに分類される元素を含むものが多い．（3）については，化学的に安定な物質は 2 重結合や 3 重結合のような不飽和結合を持たず単結合やベンゼン環のように反応性が低く，安定性の高い結合を持つ物質が適している．ヒドロキシル基やカルボキシル基があると酸やアルカリと反応しやすくなってしまう．特に安定な化学結合の例としては炭素─フッ素（C─F）の結合があり，結合エネルギー 484 kJ/mol4）と大きく化学的に安定であり，さらには C─F 結合によっ
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図 1 H-519 の赤外吸収スペクトル115表3
油水サンプルの実濃度（m g/L）

油水サンプルの分析結果

ノルマルヘキサン 溶媒抽出─赤外吸収法
抽出物質でのでの測定結果
測定結果（m g/L）
（m g/L）

101.66.8305.221.5508.237.2

1002474.9－13000～2800 cm

図3

非分散赤外吸収法の分析部の模式図といった技能を必要としない分析装置である．OCMA-

505-H では液体サンプル，塩酸，H-519 を装置に注入付近の赤外吸収を識別し油分を検し，ボタンを押すだけで測定ができる．OCMA-555-H

出することが可能である．油分の溶解性については，直であれば，油分が溶解した H-519 を専用の測定セルに鎖の炭化水素であるヘキサデカン，側鎖を持つトリメチ導入・装置にセットし，測定が開始できる．

ルペンタンのような油分を溶解することができる．油分

非分散赤外吸収法の“非分散”とは，分光をしないとを含む模擬サンプルを用い溶媒抽出─赤外吸収法で分析いう意味があり，赤外吸収法では回折格子（グレーティした結果を表 3 に記す．40 秒間という短時間の抽出でング）や干渉計を用いずに，光学フィルタによって特定あるが，ノルマルヘキサン抽出物質での測定結果と比較の波長の赤外線のみを取り出し分析に利用したものであして油水サンプルの実濃度により近い測定結果を得るこる．非分散赤外吸収法の分析部の模式図を図 3 に示す．
光源から赤外線が照射され，光源用光学フィルタで一とができた．

4 抽出における注意事項

部の波長の赤外線のみを透過後，サンプルセルまたはリファレンスセルを透過する．光源用光学フィルタは，サ溶媒抽出法で排水サンプルや部品サンプルから油分をンプルセル内の液体が赤外線によって温度上昇し密度変抽出する際，いくつか留意する点がある．排水サンプル化することを軽減する役割がある．サンプルセルには油であれば塩酸を加え pH 2～3 の酸性にすることで，塩分が溶解した抽出溶媒が入っているので，油分濃度に応析効果によって油分の抽出率を向上させることを推奨す

じて赤外線が減衰する．セルを透過した赤外線のうち，る．界面活性剤を含む場合にも塩酸の添加は効果的であ干渉フィルタによって油分特有の吸収帯である 3000～る．部品サンプルであれば，部品を容器にいれ，振とう

2800 cm－1 周辺の赤外線のみが透過し，焦電センサにや超音波洗浄機といった物理力を併用して抽出すること入射する．焦電センサは，センサ表面の温度変化を信号で，部品の微細な構造からも油分を抽出しやすくなる．に変換するセンサであり，FTIR でよく用いられる TGS

5 非分散赤外吸収法を用いた油分濃度計検出器や MCT 検出器と比較して安価であるので，装置弊社の油分濃度計は非分散赤外吸収法を測定原理とし化を検知するセンサであるので，赤外線を断続的に照射て用いている．自動抽出器が搭載されている OCMA-する必要がある．そこでセルと干渉フィルタの間の価格を下げることができる．しかし焦電センサは温度変505-H と，測定セルを設置できる OCMA-555-H の 2チョッパーと呼ばれる遮光板を一定周期で回転させ，焦機種をラインナップしている ．前者は主に排水測定，電センサに断続的に赤外線を入射させる．そうすること後者は部品の残留油分分析に適した機種である．

で，サンプル信号とリファレンス信号を交互に繰り返し

6）

図 2 に油分濃度計の外観を示す．カラー LCD 画面か取得することができる．そして，サンプルセル側の焦電ら校正や測定の操作をすることができ，スペクトル解析

センサで得られた信号と，リファレンスセル側の焦電センサから得られた信号との差から，吸光度を求めることができる．
吸光度 A は次式で求められる．
吸光度 A ＝ －log10（Id/I0）7）
ここで
Id：サンプル信号，I0：リファレンス信号，
また，ランベルト・ベールの法則から
A＝ε・c・lε：モル吸光係数，c：モル濃度，l：セル長

図2116

左：OCMA-555-H，右：OCMA-505-Hと表すこともできる．
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油分濃度計では，セル長が一定であり，モル吸光係数は物質ごとに固有であるため，吸光度は濃度に比例することになる．よって，あらかじめ基準物質で調製した既知の濃度の溶液を用いれば，吸光度と油分濃度の関係を検量線として記録させることができ，測定したサンプルの赤外吸光度から基準物質の油分濃度を求めることができる．OCMA シリーズではトリデカンを基準物質として採用し，ゼロ点とスパン点（例えば 200 mg/L）による 2 点校正を推奨している．より精度の高い校正を行うため，ゼロ点と最大 5 濃度のスパン点による校正を行うことも可能である．
図4

6 実サンプルの測定事例
油分濃度計 OCMA を使用したサンプル測定事例を紹7 ま と め介する．工業部品の切削加工では，工具と切削対象物の溶媒抽出─非分散赤外吸収法は工業の現場でも使いや摩擦の軽減や，摩擦熱の冷却のために切削油が使われて8）いる ．加工した部品の表面に残留した切削油は品質にアルミニウム製部品の例

すい油分濃度測定手法である．油分抽出溶媒 H-519 と悪影響を与えることがあり，異臭や変色，別の部品に対油分濃度計 OCMA の特徴と，それらを用いた分析事例

する油汚染，接着強度不足といった不良の原因となる．

を本稿で紹介した．これらの事例以外にも，土壌中の油そういった不具合を避けるため，洗浄工程にて部品の洗分や食品に含まれる油分の分析例もあり，新たな応用例浄を行うことが一般的である．洗浄後の部品表面に残っの探索も継続している．もし油分濃度計や油分抽出溶媒た油分（残留油分）を分析するために，溶媒抽出法にに興味を持った方がおられたら連絡をいただければ幸い

よって油分を抽出し，その後非分散赤外吸収法を用いてである．

部品に残留している油分量を求めることができる．一例
として，ある分析装置に用いている小型のアルミニウム製部品（図 4）の事例を紹介する．この部品は切削加工後に光学部品を接着して使用されるが，特定の製造ロットにて接着剥がれが起こる不具合が発生したため，原因の究明のために部品の残留油分を測定した．
正常品と不具合品をそれぞれ複数個用意し，油分抽出溶媒 H-519 を 30 mL 入れた容器に浸漬（図 4）した．
超音波洗浄機にて油分を H-519 に抽出したのち油分濃度計 OCMA-555-H で測定した．測定結果は油分の濃度として得られるので，使用した抽出溶媒量と部品の個数から，部品 1 個当たりの油分量に換算した．不具合品では部品 1 個あたり 0.007 mg の油分が検出された一方，正常品では油分が検出されず，不具合品でのみ油分文献

1） 一般排水基準（2021 年 11 月時点）
https://www.env.go.jp/water/impure/haisui.html

2）7）錦田晃一，岩本令吉著：“赤外法による材料分析 基礎と応用”，p.50，p.66（1993），（講談社サイエンティフィク）．
3） モントリオール議定書（2021 年 11 月時点），
https://www.env.go.jp/earth/ozone/montreal_protocol.html

4） 千原秀昭，稲葉章，鈴木晴訳：“アトキンス物理化学要論”
第 7 版，p70（2020）,（東京化学同人）.
5） 2017 年洗浄技術検定 事前講習会テキスト p.229.
6） 山本麻由佳：Readout, 2019, 52.
8） 高坂亮太：“赤外線を用いた油分分析装置”，産業洗浄No.23.

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高坂亮太（Ryota Kosaka）
株式会社堀場アドバンスドテクノ新製品
開発 3 部（〒601─8551 京都市南区吉祥が検出されたことから，接着不良の原因は部品の残留油院宮の東町 2 番地）．

分であることが示唆された．そこで対策として，部品の京都大学大学院農学研究科修士課程修了．

洗浄回数の変更，洗浄後の部品の取り扱い手順を変更し修士（農学）．《現在の研究テーマ》NDIRを用いた有機物分析装置の開発．《趣味》

たところ，接着剥がれの不具合発生率が下がり，加工後息子 2 人と遊ぶこと，英語とドイツ語のの接着強度の向上も確認できた．

学習．
E─mail : ryota.kosaka@horiba.com

会社ホームページ URL：

https://www.horiba.com/jpn/water-liquid/

関連製品ページ URL：

https://www.horiba.com/jpn/water-liquid/products/measurement-parameters-analyzers/oil-content-analyzers/

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