호흡 알코올 테스터

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배경

음주운전 운전자가 도로를 벗어나지 않도록 해야 할 필요성이 심각합니다. 알코올 관련 사고로 32분마다 1명이 사망하고 26초마다 1명이 부상당하는 것으로 추정됩니다. 고속도로 사망자는 1999년 41,717명에서 2000년 41,812명으로 약간 증가했습니다. 음주와 관련된 40%(16,725명)는 전년도의 38%에서 증가한 수치입니다.

호흡 알코올 테스터(BAT)는 혈액 대 호흡 비율에 따라 다릅니다. 이 비율은 주어진 시간에 호흡의 알코올 함량과 혈액의 알코올 함량 사이의 관계를 설명합니다. 호흡 알코올과 혈중 알코올의 허용 비율은 2,100:1입니다. 이것은 2,100ml의 심폐 폐 샘플에 1ml의 혈액과 동일한 양의 알코올이 포함되어 있음을 의미합니다. 1939년 이후에 개발된 모든 호흡 테스트 도구는 이 비율을 사용합니다. 비율은 표준 온도 및 압력에서 액체에 용해되는 기체의 양이 기체 상의 기체 부분압에 정비례한다는 헨리의 법칙에 따라 결정됩니다.

사람의 알코올 함량을 정확하게 판독하려면 장치가 사람의 깊은 폐 공기를 테스트해야 합니다. 혈액과 폐 사이의 알코올과 같은 가스 교환은 폐포에서 발생합니다. 각 폐에는 수백만 개의 폐포가 있습니다. 깊은 폐 공기가 장치로 호기되지 않으면 샘플 호흡이 더 낮은 알코올 농도로 희석될 수 있습니다. 기구는 일반적으로 공기가 깊은 폐에서 포착되도록 최소한의 시간 동안 불어야 합니다.

오늘날 사용되는 BAT에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 첫 번째 유형은 적외선을 사용하여 알코올 함량을 감지합니다. 이 장치는 알코올이 흡수하는 주파수로 설정된 좁은 적외선 대역을 통해 호흡 샘플을 통과시킵니다. 알코올이 흡수하지 않는 적외선의 양은 호흡에 있는 알코올의 농도를 알려줍니다.

두 번째 유형의 장치는 연료 전지(화학 반응에 의존)를 사용하며 가장 일반적으로 사용되는 BAT입니다. 사람의 호흡에 있는 알코올은 연료 전지의 에너지입니다. 호흡 알코올의 농도가 높을수록 더 많은 전기가 생성됩니다. 이 장치는 전류의 강도를 측정하여 호흡/혈중 알코올 함량(BAC)을 결정합니다.

연료 전지 자체는 제품마다 약간만 다를 뿐 제조업체가 외부 공급업체에서 구매하는 구성 요소입니다. 연료 전지에서 두 개의 전극은 전기를 전도하는 물질인 액체 전해질에 잠겨 있습니다. 전극은 전류가 들어오거나 나가는 단단한 전기 도체입니다. 전극은 백금층으로 코팅되어 있으며 매우 미세한 기공을 가지고 있습니다. 전극 사이에는 얇은 전해질 층이 있습니다. 알코올은 펌프에 의해 연료 전지로 끌어 당겨지고 전극을 통해 스며 나와 화학적으로 변환됩니다. 연료는 전극 사이에 전기 흐름을 발생시킵니다.

알코올 음료에서 발견되는 알코올은 에탄올이라고도 알려진 에틸 알코올입니다. 에탄올의 분자 구조는 탄소 대 산소, 탄소 대 탄소, 탄소 대 수소, 산소 대 수소의 네 가지 주요 유형의 결합을 가지고 있습니다. 연료 전지 테스터에서 전극의 백금 물질은 화학 촉매 역할을 하고 수소 원자의 전자를 빼앗아 이온화합니다. 수소 원자는 이제 양수입니다. 이 화학적 전환(연료 전지 상단에서 발생)에서 수소 원자는 연료 전지에서 아래쪽으로 이동하여 산소와 결합합니다. 물이 형성되고 양수소 분자당 하나의 전자가 흡수됩니다. 이제 세포의 아래쪽보다 위쪽에 더 많은 전자가 있습니다. 두 표면은 와이어를 통해 전기적으로 연결됩니다. 전자는 백금 전극에서 와이어를 통해 흐릅니다. 와이어는 전류계와 다른 쪽의 백금 전극에 연결됩니다. 결과는 연료 전지를 통해 흐르는 중화 전류입니다. 전류는 연료 전지에서 소비되는 알코올의 양을 나타냅니다. 연료(알코올)가 많을수록 전류가 높아집니다.

연혁

히포크라테스 시대(c. 430 B.C. ), 의사들은 사람의 호흡이 의학적 진단에 대한 단서를 제공할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 호흡은 혈액이 가스 교환 부위인 폐를 통과하기 때문에 사람의 BAC를 측정하는 정확한 방법 중 하나입니다. 알코올 분자는 혈액에서 호흡으로 내보낸 폐 공기로 옮겨집니다.

1938년에 Dr. R. N. Harger에 의해 최초의 BAT가 개발되었으며 Drunkometer라고 불렸습니다. 1941년에는 Glenn Forrester가 발명한 Intoximeter와 Leon Greenberg 교수가 개발한 Alcometer가 탄생했습니다. 이 기계는 깊은 폐 공기 샘플의 알코올 수준을 호흡하기 위해 혈중 알코올을 계산했습니다. 이러한 도구가 사용되기 전에 BAC를 결정하는 유일한 방법은 혈액 또는 소변 검사였습니다. 이러한 방법은 시간과 비용이 많이 들었습니다. 1954년, 음주 측정기는 인디애나 주 경찰관 Robert Borkenstein에 의해 발명되었습니다. 이것은 휴대가 가능하고 내구성이 뛰어난 유형의 알코올 검사 장치로 전국의 경찰이 선택한 도구가 되었습니다.

조기 호흡 알코올 테스터는 테스트를 받는 사람이 풍선을 불어야 했습니다. 이것은 심부 공기 폐 샘플이 채취되도록 보장했습니다. 풍선 공기는 알코올의 존재하에 색이 변하는 광전 화학 ​​물질 위로 방출되었습니다. 색상 변화가 깊을수록 알코올 도수가 높아집니다. 이 장치는 잘못된 결과를 초래할 수 있기 때문에 종종 법정에서 이의를 제기했습니다. 예를 들어, 검사를 받기 전에 알코올이 함유된 구강청결제를 사용한 경우 BAC가 더 높아질 수 있습니다.

1980년대까지 화학적 호흡 테스트는 거의 사용되지 않았습니다. 용의자들은 계속해서 결과에 이의를 제기했고 법원은 이를 뒤집었습니다. 제조업체는 연료 및 적외선 BAT 사용의 정확성, 속도 및 용이성을 개선하는 데 중점을 두었습니다.

원자재

연료 전지 음주 알코올 테스터는 주로 연료 전지, 펌프, 마우스피스, 인쇄 회로 기판(PCB), 액정 디스플레이(LCD) 또는 발광 다이오드(LED)로 구성되며 모두 일반적으로 낮은 소재로 만들어진 플라스틱 케이스에 들어 있습니다. 밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리스티렌(PS) 플라스틱. 연료 전지는 두 개의 백금 코팅 전극과 투과성 전해질 재료로 만들어집니다. 펌프는 유리와 나일론으로 만들어졌으며 알코올을 BAT로 끌어들이는 데 사용됩니다. BAT의 핵심은 전체 장치를 제어하는 ​​PCB입니다. 마이크로프로세서에는 BAT가 기능을 수행하는 데 사용하는 코딩이 포함되어 있습니다. 또한 이 장치는 LCD 또는 LED를 사용하여 결과 또는 잠재적 오류 메시지를 포함하여 사용자에게 지침을 제공합니다.

디자인

적외선 및 연료 전지 호흡 테스트 장치는 증거, 선별 및 수동 호흡 알코올 테스터의 세 가지 유형의 기기에 사용됩니다. 증거 BAT는 사람의 호흡에서 샘플을 수집합니다. 수집된 증거가 법원에서 사용될 수 있을 정도로 결과가 정확합니다. 대부분의 경우 이러한 장치는 데스크톱 컴퓨터 크기의 대형이며 경찰서에 보관되어 있습니다. 스크리닝 BAT는 정확도와 휴대성(포켓 계산기 크기)으로 인해 일반적으로 가장 널리 사용되는 BAC 테스터입니다. 이 BAC 테스터는 사람이 장치에 바람을 불어 넣어야 합격, 불합격을 읽거나 사람의 BAC에 대한 디지털 판독값을 제공합니다. 수동 BAT도 휴대용 장치이지만 용의자의 조치가 필요하지 않습니다. 이 장치는 사람 주변의 공기 샘플을 취합니다.

제조
프로세스

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연료전지 BAT 생산의 첫 번째 단계는 케이스 제작이다. 연료전지 음주측정기. 플라스틱(LDPE, PP 또는 PS) 펠렛은 호퍼에 공급되어 완전히 액체화될 때까지 가열됩니다.

호퍼는 점성 액체를 플라스틱 사출 금형으로 방출합니다. 이 과정에서 플라스틱은 원하는 케이스 모양의 다이에 부어집니다. 액체가 다이를 채우고 나면 다이가 닫히고 초과 재료가 배출됩니다. 다이가 냉각된 후 다이가 열리고 케이스가 배출됩니다.

PCB는 유리 섬유 에폭시 수지로 만들어지며 구리 코일이 한쪽 또는 양쪽에 접합됩니다. 조립된 공장에 도착합니다.

두 개의 스프링이 배터리에 연결될 PCB에 납땜됩니다. 케이스를 닫으면 케이스의 배터리 구획이 스프링과 일직선이 되어 배터리가 구획에 들어갈 준비가 됩니다.

펌프는 사람의 숨을 테스트 장치 내부로 끌어들이는 연료 전지입니다. 제조업체는 3볼트 모터, 파이렉스 실린더, 나일론 피스톤 및 스테인리스 스틸 리드 스크류를 사용합니다. 펌프는 스테인리스 스틸 나사를 돌리고 나사는 피스톤을 앞뒤로 움직여 연료 전지를 통해 숨을 들이쉬게 합니다. 파이렉스는 내열성, 내화학성 유리입니다. 나일론 피스톤은 실린더에 꼭 맞는 단단한 실린더 또는 디스크입니다. 고무 또는 플라스틱으로 만들어진 작은 링인 O-링은 피스톤의 홈에 수동으로 배치됩니다. 그런 다음 피스톤을 약간 윤활한 다음 Pyrex 실린더 내부에 맞춥니다. 작업자는 조각이 서로 단단히 고정되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 모터와 리드 나사를 볼트로 펌프에 부착합니다.

펌프가 조립된 후 제조업체가 제품을 테스트하기 위해 만든 장치인 테스트 지그에서 테스트됩니다. 모든 제조업체에는 고유한 테스트 지그가 있지만 목표는 모두 동일합니다. 펌프가 공기를 여러 번 적절하게 순환할 수 있도록 하는 것입니다. 작업자는 펌프를 통해 약 200회 공기를 방출하는 기계에 펌프를 연결합니다. 펌프를 통과하는 기류를 모니터링하고 사양 내에 있는지 확인합니다. 사양에는 장치를 통해 이동하는 정해진 양의 공기가 필요합니다.

펌프가 완료되면 나머지 부품은 플라스틱 케이스에 조립됩니다. PCB는 케이스에 수동으로 나사로 고정됩니다. 그런 다음 LCD가 PCB에 연결됩니다. LCD는 한쪽에 커넥터가 있습니다. 커넥터는 와이어와 평평한 테이프 같은 재료로 구성된 유연한 스트립에 부착됩니다. 작업자가 커넥터를 PCB에 밀어 넣으면 제자리에 고정됩니다.

다음으로 작업자는 사전 조립된 연료 전지를 나머지 BAT 구성 요소에 고정합니다. 연료 전지는 포팅 블록에 부착됩니다. 포팅 블록은 장치의 배관입니다(샘플 공기가 연료 전지 쪽으로 향할 때 이동하는 작은 플라스틱 튜브). 작업자는 4개의 나사로 연료 전지를 포팅 블록에 부착합니다. 그런 다음 포팅 블록은 두 개의 나사로 마이크로프로세서에 고정됩니다. 펌프는 실리콘 튜브 조각으로 포팅 블록에 부착됩니다. 튜빙은 펌프를 포팅 어셈블리에 연결합니다.

BAT가 완전히 조립되면 제조업체는 장치에 측정값을 입력해야 합니다. 제조업체는 교정이라는 프로세스를 통해 장치를 설정합니다. 보정은 호흡의 알코올 농도를 정확하게 측정하기 위해 알려진 표준 알코올 수준으로 BAT를 설정하는 프로세스입니다. BAT는 알코올 표준이라고 하는 알려진 알코올 농도의 테스트 가스 또는 용액을 샘플링합니다. 테스트가 완료되면 BAT는 자동으로 연료 전지 음주 측정기 작동 방식의 예. 정확한 측정을 제공하기 위해 모든 내부 매개변수를 조정합니다.

BAT는 테스트를 거친 후 포장되어 도매업체 또는 개별 고객에게 직접 배송됩니다.

품질 관리

각 BAT에는 PCB에 자체 진단 테스트가 내장되어 있습니다. 제조업체는 장치의 모든 기능을 테스트합니다. 장치는 시뮬레이터를 통해 순환되고 반복적으로 테스트됩니다. 제조업체는 한 번에 50개의 테스트 주기를 실행할 수 있습니다. 예를 들어, PCB는 장치가 내부로 들어가는 깊은 폐 공기를 충분히 감지할 때 경고음을 울리도록 프로그래밍되어 있습니다. 또한 불어오는 공기를 그래프로 표시하도록 프로그래밍되어 있습니다.

제조업체는 한 번에 여러 기능을 테스트하기 위해 알려진 양의 공기를 기계에 밀어넣습니다.

제조업체는 테스트를 완료하면 제품을 미국 교통부에 보냅니다. 교통부는 기기를 적합 제품 목록에 올리기 전에 승인해야 합니다. 법 집행 측면에서 주에서는 적합 제품 목록에 있는 기기만 구매해야 합니다. 정부 기관은 또한 부서에서 승인한 장치만 구매합니다. 이러한 시장은 미국에서 판매되는 알코올 테스트 장치의 대다수이기 때문에 제조업체는 승인을 위해 정기적으로 제품을 교통부 사무소에 보냅니다. 교통부는 장치의 성능을 테스트합니다. 실험실 작업자는 알코올 농도가 알려진 습식 또는 가스 용액을 사용합니다. 습식 목욕을 사용하는 경우 장치는 습식 목욕 시뮬레이터라는 장비에 연결됩니다. 용액을 시뮬레이터에 붓고 기기는 자동으로 용액을 34°C(93°F)의 온도로 가열합니다. 시뮬레이터에는 가스 배출구가 있습니다. 작업자가 마우스피스 어댑터를 포트에 연결한 다음 Bat의 마우스피스를 마우스피스 어댑터에 연결합니다. 증기는 사이클 전반에 걸쳐 일정한 속도로 습식 샘플 시뮬레이터에서 BAT로 밀려납니다. 그런 다음 작업자는 단위를 0.01로 프로그래밍합니다. 테스터는 온도를 알면 용액에서 나오는 알코올의 정확한 농도를 결정할 수 있습니다. 시뮬레이터는 장치를 통해 증기를 밀어내고 테스터는 장치가 판독한 내용을 알려진 알코올 농도와 일치시킵니다. BAT는 부서에서 설정한 사양을 충족해야 합니다. 예를 들어 교통부에서 만든 요구 사항 중 알코올이 0.02 수준일 때 장치가 알코올과 아세톤을 구별해야 한다는 것입니다. 실험실 작업자는 다양한 테스트 조건을 사용하여 테스트를 약 200번 반복합니다. 그들은 알려진 온도를 50'F, 68°F 및 86°F(10°C, 20°C 및 30°C)와 같이 추운 곳에서 따뜻한 곳까지 다양합니다.

교통부는 또한 집행 요원이 알코올 테스트 장치를 정확하게 사용하도록 합니다. 법 집행 요원은 주 또는 지방 정부에서 음주 알코올 테스트를 수행하는 인증을 통과해야 합니다.

미래

즉석에서 증거를 수집할 수 있는 휴대용 장치를 제조하는 것이 목표입니다. 이를 달성하기 위해 알코올 연료 전지 장치를 제조하는 움직임이 증가하고 있습니다. 알코올 적외선 장치와 달리 연료 전지 테스터는 훨씬 저렴합니다. 정확도와 사용 편의성은 적외선 테스터와 비슷합니다.

개별 소비자 시장을 위해 만들어진 휴대용 BAT에 대한 욕구도 커지고 있습니다. 법적 알코올 제한을 초과했는지 알고 싶은 사람들은 이 BAT로 스스로를 테스트할 수 있습니다. 주류를 판매하는 시설도 이러한 기기의 잠재적 시장입니다. 이 제품은 손전등만한 크기이며 전문가용 장치보다 훨씬 저렴합니다. 다른 테스트 장치만큼 정확하지는 않지만 간편하고 비용이 많이 든다는 이점이 있습니다.

법 집행 요원은 운전자가 알코올의 영향을 받지 않는지 확인하기 위해 일반적으로 그리고 정기적으로 호흡 검사 장치를 사용하는 주요 그룹 중 하나입니다. 이러한 장치는 또한 직장에서 알코올 남용이 발생하지 않도록 하는 데 사용됩니다. 미국 교통부는 트럭, 항공, 철도, 운송 및 해양 산업에서 안전에 민감한 수백만 명의 직원에 대해 알코올 테스트를 요구합니다. 이러한 직원에 대한 테스트는 무작위로 시행됩니다. 규제를 받지 않는 회사는 점점 더 직원들에게 알코올 테스트를 실시하고 있습니다.

2001년에 대부분의 주에서는 0.1 BAC의 법적 제한이 있으며 일부 주에서는 0.08을 시행합니다. 이는 혈액 100ml당 10 또는 8mg을 초과하지 않는 BAC로 해석됩니다.

자세히 알아보기

책

Considine, Douglas M., ed. Van Nostrand의 과학 백과사전. 8판. 뉴욕:International Thomson Publishing Inc., 1995.

정기간행물

국립 통계 및 분석 센터. 2000, 2000년 자동차 충돌 연간 평가에 대한 자동차 교통 사고 사망자 및 부상 추정치.

기타

"호흡 검사에 대해." Menssanna Research, Inc. 웹 페이지. 2001년 12월. .

크레이그 C. 프로이덴리히. "호흡기 작동 원리." 어떻게 작동하는지 웹 페이지. 2001년 12월. .

Life Loc Technologies, Inc. 웹 페이지. 2001년 12월. .

엠. 레이 넬슨