Тестер алкоголя в дыхании

<час />

Фон

Существует серьезная необходимость в том, чтобы водители, не употребляющие алкоголь, не проезжали по дорогам. По оценкам, один человек погибает каждые 32 минуты, а другой человек получает травму каждые 26 секунд в несчастных случаях, связанных с употреблением алкоголя. Смертность на дорогах незначительно увеличилась с 41 717 смертей в 1999 году до 41 812 в 2000 году. Сорок процентов (16 725) были связаны с употреблением алкоголя, что на 38 процентов больше, чем в предыдущем году.

Тестеры алкоголя в выдыхаемом воздухе (BAT) зависят от соотношения крови и выдыхаемого воздуха. Это соотношение описывает взаимосвязь между содержанием алкоголя в выдыхаемом воздухе и содержанием алкоголя в крови в любой момент времени. Принятое соотношение алкоголя в выдыхаемом воздухе и алкоголя в крови - 2100:1. Это означает, что 2100 мл пробы глубокого дыхания в легких содержит такое же количество алкоголя, как 1 мл крови. Все приборы для проверки дыхания, разработанные с 1939 года, используют это соотношение. Соотношение регулируется законом Генри, который гласит, что количество газа, растворяющегося в жидкости при стандартной температуре и давлении, прямо пропорционально парциальному давлению этого газа в газовой фазе.

Чтобы получить точное определение содержания алкоголя в человеке, устройство должно проверить воздух глубоко в легких. Обмен газов, таких как алкоголь, между кровью и легкими происходит в альвеолах. Каждое легкое содержит несколько миллионов альвеол. Если воздух из глубоких легких не поступает в устройство, проба может быть разбавлена ​​спиртом с более низкой концентрацией. Инструменты обычно требуют, чтобы человек подул в течение минимального количества времени, чтобы воздух ушел из глубоких легких.

Сегодня используются два основных типа НДТ. Первый тип использует инфракрасный свет для определения содержания алкоголя. Это устройство пропускает образец дыхания через узкую полосу инфракрасного света, настроенную на частоту, поглощаемую алкоголем. Количество инфракрасного света, не поглощаемого алкоголем, говорит о концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе.

Второй тип устройств использует топливные элементы (которые основаны на химических реакциях) и является наиболее часто используемым НДТ. Алкоголь в дыхании человека - это энергия для топливного элемента. Чем выше концентрация алкоголя в выдыхаемом воздухе, тем больше электричества будет произведено. Устройство измеряет силу тока для определения содержания алкоголя в выдыхаемом воздухе / крови (BAC).

Сам топливный элемент незначительно отличается от продукта к продукту и является компонентом, который производители закупают у внешних поставщиков. В топливном элементе два электрода погружены в жидкий электролит, вещество, проводящее электричество. Электрод - это твердый электрический проводник, по которому электрический ток входит или выходит. Электроды покрыты слоем платины и имеют очень мелкие поры. Между электродами находится тонкий слой электролита. Спирт втягивается в топливный элемент насосом и просачивается через электроды, где затем химически превращается. Топливо вызывает электрический ток между электродами.

Алкоголь, содержащийся в алкогольных напитках, - это этиловый спирт, также известный как этанол. Молекулярная структура этанола имеет четыре основных типа связей:углерод с кислородом, углерод с углеродом, углерод с водородом и кислород с водородом. В тестере топливных элементов платиновый материал на электродах действует как химический катализатор и ионизирует атомы водорода, забирая их электроны. Атомы водорода теперь положительные. В этом химическом превращении (которое происходит в верхней части топливного элемента) атомы водорода затем перемещаются ниже в топливном элементе и соединяются с кислородом. Образуется вода, и один электрон на положительную молекулу водорода поглощается. Теперь электронов вверху ячейки больше, чем внизу. Две поверхности электрически соединены проводом. Электроны текут по проволоке от платинового электрода. Провод подключается к измерителю электрического тока и к платиновому электроду с другой стороны. В результате через топливный элемент протекает нейтрализующий ток. Ток показывает количество алкоголя, потребляемого топливным элементом. Чем больше топлива (спирта) присутствует, тем выше сила тока.

История

Со времен Гиппократа (ок. 430 до н.э. ), врачи знали, что дыхание человека может дать ключ к постановке медицинского диагноза. Дыхание - это один из точных способов измерения BAC человека, потому что кровь проходит через легкие, место газообмена. Молекулы алкоголя переносятся из крови в воздух легких, выдыхаемый при вдохе.

В 1938 году доктор Р. Н. Харгер разработал первую летучую мышь, получившую название Drunkometer. В 1941 году появился интоксиметр, изобретенный Гленном Форрестером, а затем - алькометр, разработанный профессором Леоном Гринбергом. Эти аппараты рассчитали содержание алкоголя в крови для уровней содержания алкоголя в глубоких легочных пробах. Единственный способ определить BAC до этих инструментов - это анализ крови или мочи. Эти методы были трудоемкими и дорогими. В 1954 году полицейский штата Индиана Роберт Боркенштейн изобрел алкотестер. Это было портативное, надежное устройство для тестирования алкоголя, которое стало излюбленным инструментом полиции по всей стране.

Тестеры на алкоголь в выдыхаемом воздухе на раннем этапе требовали, чтобы испытуемый взорвал воздушный шар. Это гарантировало взятие пробы глубокого дыхания из легких. Затем воздух из баллона был выпущен над фотоэлектрическими химическими веществами, которые меняли цвет в присутствии спирта; чем сильнее изменение цвета, тем выше содержание алкоголя. Это устройство часто оспаривалось в суде, поскольку оно могло давать ложные результаты. Например, если человек использовал спиртосодержащую жидкость для полоскания рта перед тестом, это могло привести к повышению BAC.

К 1980-м годам химические дыхательные тесты использовались редко. Подозреваемые постоянно оспаривали результаты, а суды отменяли их. Производители сосредоточились на повышении точности, скорости и простоте использования топлива и инфракрасных НДТ.

Сырье

Тестеры алкоголя в выдыхаемом воздухе топливных элементов состоят в основном из топливного элемента, насоса, мундштука, печатной платы (PCB) и жидкокристаллического дисплея (LCD) или светоизлучающего диода (LED), и все они находятся в пластиковом корпусе, обычно сделанном из низкокачественных материалов. полиэтилен плотности (LDPE), полипропилен (PP) или полистирол (PS). Топливный элемент состоит из двух покрытых платиной электродов и проницаемого электролитического материала. Насос сделан из стекла и нейлона и используется для втягивания спирта в летучую мышь. В основе BAT лежит печатная плата, которая управляет всем устройством. Микропроцессор содержит кодировку, которую BAT использует для выполнения функций. Устройство также использует ЖК-дисплей или светодиод для представления пользователю инструкций, включая результаты или сообщения о потенциальных ошибках.

Дизайн

Как инфракрасные устройства, так и устройства для проверки дыхания на топливных элементах используются в трех различных типах приборов:доказательных, проверочных и пассивных тестерах на содержание алкоголя в выдыхаемом воздухе. Доказательные летучие мыши собирают образцы из дыхания человека. Результаты достаточно точны, чтобы собранные доказательства можно было использовать в суде. По большей части эти устройства большие - размером с настольный компьютер - и размещаются в отделении полиции. Скрининговые BAT, как правило, являются наиболее широко используемыми тестерами BAC из-за их точности и портативности (они размером с карманный калькулятор). Эти тестеры BAC требуют, чтобы человек подорвал устройство, и оно считывает либо пройден, либо не пройден, либо обеспечивает цифровое считывание BAC человека. Пассивные BAT также являются портативными устройствами, но не требуют никаких действий со стороны подозреваемого. Устройство берет пробы воздуха вокруг человека.

Производственный
процесс

1. Первым шагом в производстве НИМ для топливных элементов является изготовление корпуса. Тестер алкоголя в выдыхаемом топливе для топливных элементов. Пластиковые гранулы - ПВД, ПП или ПС - загружаются в бункер и нагреваются до полного разжижения.
2. Затем из бункера вязкая жидкость попадает в пластиковую форму для литья под давлением. В этом процессе пластик заливается в матрицу, имеющую форму желаемого корпуса. После того, как жидкость заполнит матрицу, ее закрывают, а излишки материала сливают. После того, как матрица остынет, она открывается и гильза извлекается.
3. Печатная плата изготовлена ​​из стекловолоконной эпоксидной смолы с медной катушкой, прикрепленной к одной или обеим сторонам. Они поступают на завод в собранном виде.
4. К плате припаяны две пружины, которые будут подключаться к батареям. Когда кейс закрыт, батарейный отсек на кейсе выравнивается с пружинами, так что батареи готовы к установке в отсек.
5. Насос - это то, что заставляет человека дышать внутри испытательного устройства в топливный элемент. Производитель берет трехвольтовый двигатель, цилиндр из пирекса, нейлоновый поршень и ходовой винт из нержавеющей стали. Насос вращает винт из нержавеющей стали, и винт перемещает поршни вперед и назад, заставляя дыхание проходить через топливный элемент. Pyrex - термостойкое, химически стойкое стекло. Нейлоновый поршень представляет собой сплошной цилиндр или диск, который плотно входит в цилиндр. Уплотнительное кольцо, небольшое кольцо из резины или пластика, вручную помещается в канавку поршня. Затем поршень слегка смазывают и помещают внутрь цилиндра из пирекса. Рабочие следят за тем, чтобы детали были прочно скреплены. Затем они прикрепляют двигатель и ходовой винт к насосу болтами.
6. После сборки насос испытывается на испытательном стенде - приспособлении, которое производители создают для тестирования продукции. У каждого производителя есть свое уникальное испытательное приспособление, но цель у всех одна:убедиться, что насос может должным образом многократно вводить и выводить воздух. Рабочие подключают насос к машине, которая выпускает воздух через насос примерно 200 раз. Они контролируют воздушный поток, проходящий через насос, и следят за тем, чтобы он соответствовал техническим требованиям. Технические характеристики требуют определенного количества воздуха, проходящего через устройство.
7. После сборки насоса остальные детали собираются в пластиковый корпус. Печатная плата вручную вкручивается в корпус. Затем ЖК-дисплей подключается к печатной плате. ЖК-дисплей имеет разъем на одной стороне. Разъем прикреплен к гибкой полосе, состоящей из проводов и плоского куска ленточного материала. Рабочие вставляют разъем в плату, и он встает на место.
8. Затем рабочие прикрепляют предварительно собранный топливный элемент к остальным компонентам НДТ. Топливный элемент прикреплен к распределительному блоку. Блок портов представляет собой водопровод устройства (небольшая пластиковая трубка, по которой пробу воздуха движется по направлению к топливному элементу). Рабочие прикрепляют топливный элемент к распределительному блоку четырьмя винтами. Затем соединительный блок крепится к микропроцессору двумя винтами. Насос прикреплен к блоку портов с помощью куска силиконовой трубки. Трубка связывает насос с узлом порта.
9. После полной сборки BAT производителям необходимо ввести результаты измерений в устройство. Производители настраивают устройство с помощью процесса, называемого калибровкой. Калибровка - это процесс настройки BAT на известный стандартный уровень алкоголя для точного измерения концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе. BAT будет отбирать пробу либо тестового газа, либо раствора с известной концентрацией спирта, называемой эталоном спирта. После тестирования BAT автоматически Пример работы тестера содержания алкоголя в выдыхаемом топливе для топливных элементов. отрегулируйте все внутренние параметры, чтобы обеспечить точное измерение.
10. После тестирования НДТ они упаковываются и отправляются оптовику или напрямую отдельным клиентам.

Контроль качества

Каждая BAT имеет встроенный в печатную плату тест самодиагностики. Производители тестируют все функции устройства. Блоки проходят цикл через симуляторы и повторно тестируются. Производители могут проводить цикл из 50 тестов одновременно. Например, печатная плата запрограммирована на подачу звукового сигнала, когда устройство обнаружит, что в нее поступает достаточно глубокий воздух в легких. Он также запрограммирован для построения графика выдувания воздуха.

Производители пропускают через машину определенное количество воздуха для одновременного тестирования нескольких функций.

После завершения тестирования производители отправляют свой продукт в Министерство транспорта США. Департамент транспорта должен одобрить устройство, прежде чем помещать его в свой список Соответствующей продукции. Что касается правоохранительных органов, штаты обязаны покупать только устройства из списка Соответствующих продуктов. Государственные учреждения также будут покупать устройства только у одобренных Департаментом. Поскольку на этих рынках находится подавляющее большинство устройств для тестирования алкоголя, продаваемых в Соединенных Штатах, производители регулярно отправляют свой продукт в офис Министерства транспорта для утверждения. Департамент транспорта проверяет работоспособность устройства. Сотрудники лаборатории используют влажный или газовый раствор с известной концентрацией спирта. При использовании влажной ванны устройство подключается к инструменту, называемому имитатором влажной ванны. Раствор заливается в симулятор, и прибор автоматически нагревает раствор до температуры 93 ° F (34 ° C). В тренажере есть выходное отверстие для газа. Рабочие подключают переходник для мундштука к порту, а затем подсоединяют мундштук летучей мыши к переходнику для мундштука. Пар выталкивается из имитатора влажной пробы в НДТ с постоянной скоростью на протяжении всего цикла. Затем рабочие программируют единицу на 0,01. Тестеры могут определить точную концентрацию спирта, который выходит из раствора, зная температуру. Симулятор пропускает пар через устройство, и тестеры сопоставляют то, что устройство считывает, с известной концентрацией алкоголя. НДТ должны соответствовать спецификациям, установленным Департаментом. Например, министерство транспорта требует, чтобы устройство отличало алкоголь от ацетона при уровне содержания алкоголя 0,02. Сотрудники лаборатории повторяют тест примерно 200 раз, используя разные условия тестирования. Они изменяют известную температуру от холодной до теплой, например, 50, 68 и 86 ° F (10, 20 и 30 ° C).

Департамент транспорта также следит за тем, чтобы сотрудники правоохранительных органов точно использовали устройство для проверки на алкоголь. Сотрудники правоохранительных органов должны пройти сертификацию, которая проводит тестирование на алкоголь в выдыхаемом воздухе правительством своего штата или местного самоуправления.

Будущее

Толчком является производство портативных устройств, которые могут собирать улики на месте. Для достижения этой цели все чаще производят устройства на спиртовых топливных элементах. В отличие от спиртовых инфракрасных устройств, тестеры топливных элементов намного дешевле. Их точность и простота использования сопоставимы с инфракрасными тестерами.

Также растет потребность в портативных BAT, предназначенных для индивидуального потребительского рынка. Люди, которые хотят знать, не превысили ли они установленный законом лимит алкоголя, могут проверить себя с помощью этих BAT. Заведения, продающие алкоголь, также являются потенциальным рынком для этих устройств. Эти продукты размером с фонарик и намного дешевле, чем устройства, предназначенные для профессионалов. Они не так точны, как другие устройства для тестирования, но имеют преимущество в простоте и стоимости.

Сотрудники правоохранительных органов являются одной из основных групп, которые обычно и регулярно используют устройства для проверки дыхания, чтобы убедиться, что водители не находятся в состоянии алкогольного опьянения. Эти устройства также используются для предотвращения злоупотребления алкоголем на рабочем месте. Министерство транспорта Соединенных Штатов требует тестирования на алкоголь миллионов сотрудников, заботящихся о безопасности, в автомобильной, авиационной, железнодорожной, транспортной и морской отраслях. Тестирование этих сотрудников проводится случайным образом. Нерегулируемые компании все чаще проводят тесты на алкоголь для своих сотрудников.

В 2001 году в большинстве штатов установлен юридический предел в 0,1 BAC, а в некоторых штатах - 0,08. Это означает, что BAC не превышает 10-8 мг на 100 мл крови.

Где узнать больше

Книги

Консидайн, Дуглас М., изд. Научная энциклопедия Ван Ностранда. 8-е изд. Нью-Йорк:International Thomson Publishing Inc., 1995.

Периодические издания

Национальный центр статистики и анализа. Оценка количества смертей и травм в результате дорожно-транспортных происшествий за 2000 год, Ежегодная оценка дорожно-транспортных происшествий за 2000 год.

Другое

«О тестах на дыхание». Веб-страница Menssanna Research, Inc. Декабрь 2001 г. .

Крейг К. Фройденрих. «Как работают алкотестеры». Веб-страница "Как все работает". Декабрь 2001 г. .

Веб-страница Life Loc Technologies, Inc. Декабрь 2001 г. .

М. Рэй Нельсон