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８．バイオディーゼルに係わる試験法の開発に関する調査

（社）全国石油協会 品質管理事業部 新木一義

１．調査の目的・背景 動植物由来の油脂をメチルエステル化したバイオディーゼル燃料（以下ＢＤＦ）を軽油

に混合し一般のディーゼル車に使用した場合に、現在の品質確保法（以下品確法）体系の

中で行われている消費流通末端で品質管理を行うには、まず、軽油中のＢＤＦおよび廃食

油等未反応の油脂の混入を識別しなければならない。本研究では、軽油中のＢＤＦおよび

油脂を確認する簡易で有効な分析試験方法としてのスクリーニング分析方法の開発と、Ｂ

ＤＦ混合軽油のＪＩＳ規格試験方法への影響の確認を目的に検討を行った。スクリーニン

グ分析方法としてはＩＲ法、ＨＰＬＣ法およびＧＣ法を検討した。 ２．調査の内容・結果・成果 ２．１ ＩＲ法 EN14078:20031)を参考にして検討した。当初の実施計画では BDFと油脂を独立した試験

法として検討を計画していたが、IR法では BDFと油脂の識別ができないことを確認したの

で、軽油中のエステル化合物スクリーニング法として検討した。また、最小検出量（検出

下限値）、検量線の直線性等の結果が、良好であったので、フローセルを用いた自動化を検

討した。

２．１．１ 実験

(１) 分析条件

装置：FTIR-8400 ㈱島津製作所製

セル：KBr セル長：0.5mm

試薬：シクロヘキサン 特級 純度 99.5%以上

：標準脂肪酸メチルエステル（以下 FAME）

オレイン酸メチル標準品 純度 99.0％以上

リノール酸メチル 純度 99.0％以上

：標準トリグリセライド（以下ＴＧ）

トリオレイン 純度 80.0％以上

トリリノレイン 純度 95.0％以上

試料：廃食油 使用後の廃棄食用油を回収したもの

ＢＤＦ 回収廃食油をメチルエステル化して精製したもの

ＰＯＭ パーム油をメチルエステル化して精製したもの

(２) 試料の調製及び操作手順

(イ) 試料の調製：標準物質及び試料はシクロヘキサンで希釈してからＩＲスペクトル

を測定した。飽和脂肪酸とそのトリグセライド及びパーム油は融点が高く、室温で

固体であるため加温して液体状態にしてから調製、測定した。なお、図１にオレイ

ン酸メチルスペクトルデータ例を示した。

2

(ロ) 操作手順：

① シクロヘキサンのみのＩＲを測定する。

↓

② シクロヘキサンで希釈した試料のＩＲを測定する。

↓

③ ②－①の減算処理を行う。

↓

④ 1745cm-1前後のエステル結合の吸光度(以下 ABS)を読みとる。

補正なし：③の減算のみ

補正あり：③の減算後のスペクトルに 1670 cm-1から 1820 cm-1のベースラインを

引いて吸光度を求める。（EN法）

図１オレイン酸メチル 0.63g/Lの減算されたスペクトルデータ

２．１．２ 結果

(１) エステル結合の検出波数と直線性

図２に標準 FAME、図３に標準ＴＧの濃度と吸光度の関係の一例を示した。標準 FAMEの

エステル結合の検出波数は 1748～1749 cm-1であった。また、標準 TGのエステル結合の検

出波数は 1748～1751 cm-1と、標準 FAMEよりもほぼ 1～2 cm-1ほど高波数側へシフトして

いるが、その差は小さく、FAMEとＴＧのエステル結合の検出波数の差を識別することは困

難であった。標準 FAME及び標準ＴＧともに直線性は良好であり、また、減算後のスペクト

ルに 1670 cm-1から 1820 cm-1のベースラインを引いて吸光度を求めるベースライン補正に

より回帰式の切片が小さくなり、低濃度領域では補正の効果が大きくなった。

3

ｵﾚｲﾝ酸ﾒﾁﾙ

補正あり

y = 0.1085x + 0.0341

R2 = 0.9999

補正なし

y = 0.1087x + 0.0504

R2 = 0.99990.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

濃度(g/L)

吸光

度(a

bs)

ﾘﾉｰﾙ酸ﾒﾁﾙ

補正ありy = 0.1078x + 0.0273

R2 = 0.9999

補正なしy = 0.11x + 0.035

R2 = 0.9999

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

濃度(g/L)

吸光

度(a

bs)

図２ 標準脂肪酸メチルエステルの濃度と吸光度の関係（例）

ﾄﾘﾘﾉﾚｲﾝ

補正ありy = 0.0856x + 0.0339

R2 = 1

補正なしy = 0.0869x + 0.0468

R2 = 1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

濃度(g/L)

吸光

度(a

bs)

ﾄﾘｵﾚｲﾝ

補正ありy = 0.0911x + 0.0266

R2 = 1

補正なしy = 0.0921x + 0.0391

R2 = 1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

濃度(g/L)

吸光

度(a

bs)

図３ 標準トリグリセライドの濃度と吸光度の関係（例）

(２) BDFの回収率と検量線用標準物質の選択

軽油に BDFを混合して試料を調製し、各標準 FAME溶液で作成した検量線を用いて試料

中のＢＤＦ量の回収率を検討した。結果を図４に示した。回収率はオレイン酸メチルを検

量線用標準物質とした場合が、最も 100％に近かった。これは分析に供した BDF組成中に

オレイン酸メチル（45.0％）が最も多かったためと考えられるが、ステアリン酸メチルと

リノール酸メチルを用いた場合も同様に良好であった。

一方、軽油に廃食油を混合した試料について各標準ＴＧ溶液で作成した検量線を用いて

試料中の廃食油量の回収率を検討した。結果を図５に示した。トリオレインを標準物質と

した場合が最も回収率が 100%に近かったが、オレイン酸メチルを標準とすると回収率は

15%程度低くなった。

4

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

130.0

140.0

150.0

0.624 1.249 2.497 4.995 9.989

濃度(g/L)

回収

率（％

） ﾊﾟﾙﾐﾁﾝ酸ﾒﾁﾙ

ｽﾃｱﾘﾝ酸ﾒﾁﾙ

ｵﾚｲﾝ酸ﾒﾁﾙ

ﾘﾉｰﾙ酸ﾒﾁﾙ

ﾘﾉﾚﾝ酸ﾒﾁﾙ

図４ 軽油中の BDFの濃度と回収率の関係（ＩＲ法）

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

105.0

110.0

115.0

120.0

0.628 1.255 2.511 5.021 10.043

混合量(g/L)

回収

率（％

）

ﾄﾘﾊﾟﾙﾐﾁﾝ

ﾄﾘｽﾃｱﾘﾝ

ﾄﾘｵﾚｲﾝ

ﾄﾘﾘﾉﾚﾝ

図５ 軽油中の廃食油の濃度と回収率の関係（ＩＲ法）

(３) 自動化の検討

図６に試作したFT—IRフローセルシステムを示した。フローセル部分はKBrでセル長5mm、

オートサンプラー部分は試料６０本連続測定可能であり、オートビュレット部分で試料を

吸引してフローセルに導入する。PC制御部から測定本数等の条件をすべてコントロールで

きる。

図６ FT－IRフローセルシステム

5

２．２ HPLC法

２．２．１ 分析条件

装置：LC-10システム ㈱島津製作所製

検出器：RID-10A (示差屈折率計検出器）

カラム：シリカゲル ZORBAX Rx-SIL (4.6×250mm,5μm)

移動相：0.4%イソプロパノール／へキサン

流速：1mL／min

カラム温度：40℃

試料注入量：5μL

２．２．２ 結果

(１) 各成分の分離と保持時間

各標準 FAME、BDFと標準トリグリセライド、廃食油のクロマトグラムを図７及び図８

に示した。

図７ FAME等のクロマトグラム（注入試料濃度：1.0g/L）

図８ トリグリセライド等のクロマトグラム（注入試料濃度：3.0g/L）

各成分の保持時間は安定しており、FAMEとＴＧは完全に分離した。また、市販軽油２５

試料を測定したところ、FAME及びＴＧの保持時間と重なる炭化水素ピークは認められなか

6

った。

(２) BDF及び廃食油の回収率と検量線用標準物質の選択

軽油に BDF及び廃食油を混合して試料を調製し、各標準 FAME、標準ＴＧ溶液で作成した

検量線を用いて試料中のＢＤＦ量の回収率を検討した。結果を図９及び図１０に示した。

ＩＲ法と比較すると回収率は全般的に低めで、ＢＤＦ及び廃食油の濃度が低くなるほど回

収率も低くなる傾向が認められた。

60

70

80

90

100

110

1.35 2.7 5.41 10.8

濃度(g/L)

回収

率(%

)

ﾊﾟﾙﾐﾁﾝ酸ﾒﾁﾙ

ｽﾃｱﾘﾝ酸ﾒﾁﾙ

ｵﾚｲﾝ酸ﾒﾁﾙ

ﾘﾉｰﾙ酸ﾒﾁﾙ

ﾘﾉﾚﾝ酸ﾒﾁﾙ

図９ 軽油中の BDFの濃度と回収率の関係(HPLC法)

6065707580859095

100105110

1.35 2.7 5.41 10.8

濃度(g/L)

回収

率(%

)

ﾄﾘｵﾚｲﾝ

ﾄﾘﾚﾉﾚｲﾝ

図１０ 軽油中の廃食油の濃度と回収率の関係(HPLC法)

２．３ ＧＣ法

２．３．１ 分析条件

表１にＧＣ分析条件を示した。ＦＡＭＥについては条件１及び２で、ＴＧについては条

件３で検討した。

装置：ＧＣ－２０１０型 ㈱島津製作所製、 検出器：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）

キャリアガス：ヘリウムガス（一般用：純度 99.995％）、 試料注入量：0.5μL

カラム：SOLGEL-WAX (30M×内径 0.25mm、膜厚 0.25μm､カラム上限温度 280℃）SGE社製

UA-TRG(15M×内径0.25mm､膜厚0.1μm､カラム上限温度370℃)FRONTIER LAB社製

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表１ ＧＣ分析条件

条件 1（FAME） 条件 2（FAME時間短縮）条件 3（ﾄﾘｸﾞﾘｾﾗｲﾄﾞ）

カラム種類 SOLGEL-WAX UA-TRG UA-TRG

初期温度（℃） 100.0 150.0 200.0

ホールド時間（min） 1.0 0.2 0.2

レート（℃/min） 5.0 7.0 30.0

ホールド温度 1（℃） 280.0 180.0 370.0

ホールド時間（min） 5.0 0.0 4.0

レート（℃/min） - 30.0 -

ホールド温度 2（℃） - 300.0 -

ホールド時間（min） - 1.0 -

分析時間(min) 50.00 13.00 13.00

２．３．２ 結果

軽油に標準ＦＡＭＥ及びＢＤＦ、パーム油メチルエステル（以下ＰＯＭと略）を添加し

た試料の分析条件１及び分析条件２のクロマトグラムを図１１、図１２に、また、標準Ｔ

Ｇ及び廃食油、パーム油を添加した試料の分析条件３のクロマトグラムを図１３に示した。

分析条件１では５種類のＦＡＭＥを全て分離することができ、パルミチン酸メチルと

炭化水素化合物の重複する面積も小さく、定量精度も良好であることが分かった。しか

し、分析時間が５０分を要するため、スクリーニング試験には適していない。分析条件

２ではオレイン酸メチルとステアリン酸メチルの分離が悪くなるが、分析時間は１３分

に短縮された。

図１１ 標準ＦＡＭＥのガスクロマトグラム（分析条件１）

8

図１２ 標準ＦＡＭＥ等のガスクロマトグラム(標準ＦＡＭＥ2.5g/L、その他は10g/L)

（分析条件２）

ＴＧについては軽油とは十分分離するがピークがブロードでピーク同士の重なりが観

察された。また、廃食油、パーム油では多数のＴＧ化合物と考えられるピークが観察さ

れた。

図１３ 標準トリグリセライド等のガスクロマトグラム

(標準トリグリセライド 2.5g/L、その他は 10g/L)（分析条件３）

9

２．４ スクリーニング分析４方法のまとめ

軽油中のＢＤＦ及び油脂のスクリーニング分析法としてＩＲ法、ＨＰＬＣ法及びＧＣ法

を検討した。その結果、以下のことが分かった。

(１) ＩＲ法は軽油中のＢＤＦと油脂を分離することはできないが、両者の混合物を全エ

ステルとして検出することが可能である。

(２) ＨＰＬＣ法は軽油中のＢＤＦと油脂をそれぞれ別個のグループとして分離し、両

者を同時に検出することが可能である。

(３） ＧＣ法は軽油中のＢＤＦと油脂を同時に検出することは出来ず、それぞれ異なる

分析条件が必要である。したがって、分析時間は２倍かかることになる。一方、個々の

ＦＡＭＥ又は個々のトリグリセライドを分離できるのでＢＤＦ又は油脂の原料の由来を

解明する方法として利用できる可能性がある。

(４) 分析時間はＦＡＭＥとトリグリセライドを別々に測定するＧＣ法が２倍かかるこ

とを除けば各方法とも１試料あたり３～１３分であり、スクリーニング法としては充分

短時間であった。また、４方法ともオートサンプラーの利用が可能であり、多数の試料

を自動的に処理するのに適している。

(５) 以上の結果にコストやメンテナンス等も含めた比較を表２に示した。これらの結

果から、今回検討した中では軽油中のＢＤＦと油脂を分離して同時に短時間で検出でき

るＨＰＬＣ法が最も優れたスクリーニング法と考えられる。

表２ 軽油中の FAME、TGのスクリーニング法としての各試験方法のコスト及び精度等比較

ＧＣ法 項目 ＩＲ法

FAME 用 TG 用 HPLC 法

機器本体 352 385 385 464

オートサンプラー（自動化） 230 90 90 140 設備の概算

価格（万円） ①合計 582 475 475 604

5 年償却としての年間償却費（①／５） 116 95 95 121

分析時間（分） 3 13 13 12

処理能力 （試料数/1 時間：検量線作成等

を含まない） 16.7（注１） 4.6 4.6 5.0

一日最大処理本数（夜間運転含む）（注２） 180 100 100 110

１測定機の年間最大処理本数（夜間運転含

む） （注３） 43740 24300 24300 26730

６万件測定に必要な台数 2 3 3 3

６万件測定に必要な年間償却費（万円） 233 285 285 362

試薬、ガス シクロヘキサン He、H2、N2、Air へキサン、イソプロパノール

①（試料 1 本当り） ¥12.75 ¥5.02 ¥5.02 ¥16.70

カラム、セル、ランプ等 セル、レーザー カラム、セプタム カラム、ランプ

消耗品

②（試料 1 本当り） ¥15.56 ¥6.83 ¥6.83 ¥8.18

10

①+②ランニングコスト ¥28.31 ¥11.85 ¥11.85 ¥24.88

年間６万件測定の消耗品コスト（万円） 170 71 71 149

機器償却費を含む年間６万件測定の消耗

品コスト （万円）（注４） 403 356 356 512

メンテナンス 容易 容易 容易 容易

自動化 可能 容易 容易 容易

FAME と TG の分離 不可 FAME のみ測定 TG のみ測定 各グループとして可能

FAME と TG の同時分析 可（FAME+TG

として定量） 不可 不可 可能

0.13(FAME） 検出下限 （g/L）

1.5（エステル化

合物として） 0.31(FAME) 0.47(TG)

0.10(TG）

0.38(FAME） 感度

定量限界 （g/L） 4.4（エステル化

合物として） 0.93(FAME) 1.42(TG)

0.30(TG）

FAME(1.4～2.9) 日差変動（％）（2.5g/L 測定

時） 1.7～2.2

FAME(10.2～

15.9) TG(4.5～26.6)

TG(1.1～1.5)

FAME(0.9988～1)

精度

検量線の一致度(r2) 0.9996～0.9999 0.9558～1 0.8192～1 TG(0.9996～1)

ＧＣ法 項目 ＩＲ法

FAME 用 TG 用 HPLC 法

○ △ △ ◎

スクリーニン

グ法としての

評価

FAME と TG の合計量をエス

テル量として検出する。分離

して検出することはできな

い。感度は他の方法には劣

る。

FAME のみ測定する場合

はコスト有利。精度は劣

る。

TG のみ測定する場合は

コスト有利。精度は劣る。

軽油中の FAME と TG を分

離して短時間に同時分析で

きる。感度も良好。

○ △ △ ◎

定量法として

の可能性

EN 法としてすでに制定され

ているが、検討の結果、EN

法と同等以上の定量範囲が

得られた。

個々の FAME の定量に

適している。植物油の由

来を解明する方法として

も利用できる可能性有

り。

個々の TG の定量に適し

ている。植物油の由来を

解明する方法としても利

用できる可能性有り。

回収率の補正が必要だが、

感度も良好であり、FAME 及

び TG の同時定量法として

有望。

（注 1）バックグラウンド補正の時間を含む。

（注 2）９～１７時の勤務体系として算出し、17時以降はオートサンプラ－による無人自動測定を行うものとした。

（注 3）年間２４３日稼動として算出した。

（注 4）GC法は FAMEと TGを別個に測定するため、両方測定する場合は、712万円になる。

11

２．５ ＢＤＦ混合軽油のＪＩＳ規格試験方法への影響調査

精製度の高いＢＤＦ及び精製度の低いＢＤＦを２号軽油に容量で各々0%,5%,10%,100%

混合して試料を調製し、軽油の JIS規格試験方法への影響を検討した。また、精製度の高

いＢＤＦにメタノールを各々0.05%,0.1%,1%添加したものについて常圧蒸留試験への影響

を検討した。なお、精製度の低いＢＤＦはメタノール、カリウム、遊離グリセリンが高く、

EN14214:20032)の規格から外れる組成であった。精製度の高いＢＤＦはその後の精製工程

でいずれもほとんど除去されている。その結果以下のことが分かった。

(１) 精製度の高い BDFでは 10％混合までは大きな影響はなかった。

(２) 精製度の低い BDFでは 10%混合すると残留炭素分が高くなり規格外となることが

認められた。

(３) 常圧蒸留試験へのメタノール混入の影響は大きく、含有率 0.1％でも初留点が低

下し、以後の蒸留が続かず試験停止となった。BDFは混合率 70％までは常圧蒸留試験

が可能であった。

(４) BDF混合軽油のセタン価とセタン指数は BDF30％混合から乖離し始め、混合量が増えると乖

離が大きくなったが、20％以下の混合であれば影響は小さかった。

引用文献

１) EN14078:2003 Liquid petroleum products-Determination of fatty acid methyl

ester (FAME) in middle distillates-Infrared spectroscopy method

２) EN14214:2003 Automotive fuels – Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel

engines – Requirements and test methods