醉酒呼吸分析儀

醉酒呼吸分析儀

醉酒呼吸分析儀,是一種測試歲就司機血液中所含有的酒精濃度的儀器。我們經常會聽到或看到司機遇到車禍後遭受酒後駕車的起訴。事故的新聞報導中經常會說司機的血液酒精含量有多高,以及法定的血液酒精限制是多少。例如司機的血液酒精含量可能會達到0.15,而法定限制是不能超過0.08。很多執勤警官依靠呼吸酒精測試設備(呼吸測試儀是其中一種)判斷懷疑醉酒司機的血液酒精濃度(BAC),從而判斷所懷疑的司機是否在法律意義上醉酒。

(圖)醉酒呼吸分析儀醉酒呼吸分析儀

作用

對於公共安全來說,避免醉酒司機上路是非常重要的。1999年在美國4.2萬例交通事故死亡中,約有38%與酒精有關。能夠通過路邊清醒度測試(可以摸到自己的鼻子或能沿直線行走)的司機,其血液酒精含量仍然有可能超過法定限制,開車上路會非常危險。因此,警察使用最新科技來檢測懷疑醉酒司機的酒精含量,避免其醉酒駕駛。

很多執勤警官依靠呼吸酒精測試設備(呼吸測試儀是其中一種)判斷懷疑醉酒司機的血液酒精濃度(BAC)。

如今,酒精測試儀品種多樣,用途廣闊。世界各國使用的儀器也各不相同,但無一不是主要預防酒後駕車。

發展

(圖)警察在街頭用醉酒呼吸分析儀檢查警察在街頭用醉酒呼吸分析儀檢查

酒精中毒在法律上是通過血液酒精濃度(BAC)水平來界定的。但是,現場進行血液採樣然後進行實驗室分析,再決定是否要留置被懷疑在能力減弱(DWI)時駕車或醉酒(DUI)時駕車的司機,這樣的做法是不切實際的,或者說是效率低下的。現場進行酒精尿樣測試並驗證與血液採樣是一樣的不切實際。警察需要的是在不侵犯嫌疑人身體的情況下進行BAC的相關測量。
在20世紀40年代,人們已首次開發出警用的呼吸酒精測試設備。1954年,美國印第安納州警署的羅伯特•博肯斯坦博士發明了呼吸分析儀。這就是現在的執法機構仍在使用的一種呼吸酒精測試設備。

1957年1月23日世界上第一台醉酒呼吸分析儀首次在瑞典投入使用。從第一台醉酒呼吸分析儀到如今五花八門的酒精測試儀,他們的廣泛使用,有效防止了司機酒後開車,大大降低了交通事故的案發率,是世界各地交通警察的好朋友。

警察和醉酒呼吸分析儀的聯繫越來越緊密,關係不斷加深,同時也對該儀器的精密性提出了更高的要求。世界各地加入了研製新儀器的隊伍。

美國一亞裔工程師近日發明了一種“酒精測試儀”。據說這位工程師的兒子12年前因酒後駕車而喪生,他研究此儀器以紀念他的兒子。他化悲痛為力量,決心嚴格檢測並控制駕車者的酒精濃度,他將這種儀器裝置固定在汽車儀錶盤上,駕車人發動引擎前必須通過酒精測試,否則就無法發動引擎

測試原理

(圖)醉酒呼吸分析儀醉酒呼吸分析儀

一個人喝下去的酒精能在呼吸中檢測出來,因為酒精經過口腔咽喉和腸道後會被血流吸收。
酒精被吸收後不會被消化掉,也不會在血流中發生化學反應。隨著血液流經肺臟,部分酒精會穿過肺部氣囊(肺泡)的薄膜排到空氣中,這是因為酒精會從溶液中揮發,即具有揮發性。肺泡空氣中的酒精濃度與血液中的酒精濃度相關。當肺泡空氣中的酒精被呼出時,即可被呼吸酒精測試設備檢測到。這樣警察不需要抽取司機的血液來測試酒精含量,而只要當場測試司機的呼吸,就可以立即知道是否可以將其拘捕。

由於呼吸中的酒精濃度與血液中的濃度相關,因此通過測量呼吸中的酒精即可得出BAC。呼吸酒精與血液酒精的比例2,100:1。也就是說,2,100毫升(ml)的肺泡空氣內含的酒精的量與1毫升的血液相當。

多年來,美國各地對於醉酒的法定標準是0.10,但現在很多州採用了0.08標準。聯邦政府已經敦促各州下調法定限制。美國醫療協會表示,人體血液酒精含量達到0.05就會令駕駛能力受到削弱。如果人體BAC值為0.08,意味著每100毫升的血液中含有0.08克酒精。

現在有多種設備可用於測量BAC。

設備類型

呼吸酒精測試設備類型主要有三種,各按不同的原理工作:
呼吸分析儀——利用與酒精有關的化學反應產生顏色變化。
毒物分析儀——通過紅外線(IR)光譜檢測酒精。
酒精感應器III或IV——在燃料電池中檢測酒精的化學反應。
不管是哪種類型,每個設備都有吹口、管子(用於讓嫌疑人吹氣)和採樣倉(用於儲藏吹入的氣體)。設備的其他部分隨類型不同而異。

(圖)呼吸分析儀測量的原理基於此圖化學反應呼吸分析儀測量的原理基於此圖化學反應

呼吸分析儀設備包含:

用於對嫌疑人的呼吸進行採樣的系統。 裝有化學反應混合劑的兩個玻璃瓶。與儀表相連的光電池系統,用於測量與化學反應關聯的顏色變化。
測量酒精時,嫌疑人對著設備吹氣。呼吸樣本在一個瓶中形成氣泡,通過硫酸、重鉻酸鉀、硝酸銀和水的混合物。測量的原理基於的化學反應見右圖。

在反應過程中: 硫酸將酒精從氣體中分離並融入到溶液中。 酒精與重鉻酸鉀產生反應產生: 硫酸鉻、硫酸鉀乙酸、水 。硝酸銀是一種催化劑,這種物質可以加快反應速度而不參與反應。硫酸除了將酒精從空氣中分離外,還可以提供反應過程所需的酸性條件。

在此反應過程中,紅橙色的重鉻酸鹽離子與酒精反應後會生成綠色的鉻離子;顏色變化的程度與呼出氣體中的酒精含量直接相關。為了確認吹入氣體中的酒精含量,參與反應的混合物與一瓶未參與反應的混合物在光電池系統中進行對比,同時產生電流帶動儀表指針從靜止的位置開始移動。然後操作者鏇轉鏇鈕讓指針回到靜止位置,從鏇鈕讀取酒精含量值。操作者為讓指針回到靜止位置時對鏇鈕轉動的幅度越大,就表明酒精含量越高。

(圖)毒物分析儀圖表毒物分析儀圖表

毒物分析儀:

這種設備使用紅外線(IR)光譜,根據分子對於紅外線的吸收方式來進行識別。
分子在不停地振動。這種振動會在分子吸收紅外線時產生變化。變化包括各種化學鍵的彎曲和拉伸。分子內的各種不同化學鍵會吸收不同波長的紅外線。因此,要識別樣品中的乙醇,就要觀察乙醇中化學鍵(C-O、O-H、C-H和C-C)的波長,並測量紅外線的吸收。被吸收的波長可用於識別乙醇物質,並根據吸收的紅外線的量,可得知乙醇的含量。

在毒物分析儀中: 紅外燈產生寬頻(多波長)紅外光束。 寬頻紅外光束穿過採樣倉,通過透鏡聚焦到鏇轉的濾光輪上。濾光輪帶有專門為乙醇化學鍵波長設計的窄帶濾鏡。穿過每個濾鏡的光被光電池探測到,並轉化為電脈衝。電脈衝傳遞到微處理器,微處理器對脈衝進行解譯,並根據其對紅外線的吸收來計算BAC。

(圖)酒精感應器III或IV原理酒精感應器III或IV原理

酒精感應器III或IV

現代燃料電池技術(這項技術有朝一日可能會驅動我們的汽車,甚至為住宅供電)已經套用於呼吸酒精探測器。酒精感應器III和IV等設備就使用燃料電池。

燃料電池有兩個鉑電極,中間為多孔的酸電解液材料夾層。嫌疑人呼出的氣體通過燃料電池的一側時,鉑會氧化氣體中的任何酒精,生成乙酸質子電子
電子從鉑電極經過導線。導線的一側連線電流計,另一側連線鉑電極。質子沿著燃料電池的下方移動,結合另一側的和電子生成水。被氧化的乙醇越多,產生的電流越大。微處理器測量電流並計算BAC。

對於任何呼吸酒精測試設備的操作人員,都有­必要對設備的使用和校準進行培訓,尤其是結果將用作DWI審訊的證據時。執法警察可以攜帶與大型設備具有同樣工作原理的攜帶型呼吸測試設備。法院可以承認呼吸測試已知的精確度,不過控方一般會依靠從大型設備獲得的結果。

酒精的化學構成

酒類飲料里的酒精是普通酒精(乙醇)。乙醇的分子結構如下:

H
H3C - C - O - H
H

其中C是碳,H是,O是氧,每個連字元代表原子間的化學鍵。為簡明起見,碳原子左邊的三個氫原子的鍵沒有顯示出來。
分子中的OH(O-H)基是成其為酒精的關鍵。該分子中共有4種類型的鍵:

碳-碳(C-C)
碳-氫(C-H)
碳-氧(C-O)
氧-氫(O-H)
原子間的化學鍵是共用電子對。化學鍵就像彈簧:可以彎曲和拉伸。這些重要特性用於紅外線(IR)光譜法檢測樣本中的乙醇。

酒精的氧化

如果在存在氧的情況下奪去乙醇中右邊的碳上的氫,就會得到乙酸,即的主要成分。乙酸的分子結構如下:

O
||
H3C - C - O - H

其中C是,H是氫,O是氧,連字元代表原子間的單鍵,而“||”符號代表原子間的雙鍵。為簡明起見,碳原子左邊的三個氫原子的鍵沒有顯示。當乙醇被氧化成乙酸時,會產生兩個質子和兩個電子。

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