Ademalcoholtester

Achtergrond

Er moet dringend voor worden gezorgd dat automobilisten met een alcoholbeperking van de weg blijven. Geschat wordt dat bij alcoholgerelateerde ongevallen elke 32 minuten een persoon wordt gedood en elke 26 seconden een andere persoon gewond raakt. Het aantal verkeersdoden nam licht toe van 41.717 doden in 1999 tot 41.812 in 2000. Veertig procent (16.725) betrof alcohol, een stijging ten opzichte van 38% het jaar ervoor.

Ademalcoholtesters (BAT's) zijn afhankelijk van de verhouding tussen bloed en adem. Deze verhouding beschrijft de relatie tussen het alcoholgehalte van de adem en het alcoholgehalte van het bloed op een bepaald moment. De geaccepteerde verhouding tussen ademalcohol en bloedalcohol is 2.100:1. Dit betekent dat 2.100 ml van een longmonster in de lucht evenveel alcohol bevat als 1 ml bloed. Alle ademtestinstrumenten die sinds 1939 zijn ontwikkeld, gebruiken deze verhouding. De verhouding wordt bepaald door de wet van Henry, die stelt dat de hoeveelheid gas die oplost in een vloeistof bij een standaardtemperatuur en -druk recht evenredig is met de partiële druk van dat gas in de gasfase.

Om een ​​nauwkeurige meting van het alcoholgehalte van een persoon te verkrijgen, moet het apparaat iemands diepe longlucht testen. De uitwisseling van gassen, zoals alcohol, tussen het bloed en de longen vindt plaats in de longblaasjes. Elke long bevat enkele miljoenen longblaasjes. Als er geen diepe longlucht in het apparaat wordt uitgeademd, kan de ademmonster worden verdund met een lagere alcoholconcentratie. Instrumenten vereisen meestal dat een persoon een minimale tijd blaast om ervoor te zorgen dat de lucht uit de diepe longen wordt opgevangen.

Er zijn tegenwoordig twee hoofdtypen BBT's. Het eerste type maakt gebruik van infrarood licht om het alcoholgehalte te detecteren. Dit apparaat laat een ademmonster door een smalle band van infrarood licht gaan, ingesteld op een frequentie die wordt geabsorbeerd door alcohol. De hoeveelheid infrarood licht die niet door de alcohol wordt geabsorbeerd, vertelt de alcoholconcentratie in de adem.

Het tweede type apparaat maakt gebruik van brandstofcellen (die afhankelijk zijn van chemische reacties) en is de meest gebruikte BBT. De alcohol in iemands adem is de energie voor de brandstofcel. Hoe hoger de concentratie ademalcohol, hoe meer elektriciteit er wordt opgewekt. Het apparaat meet de sterkte van de stroom om het adem-/bloedalcoholgehalte (BAG) te bepalen.

De brandstofcel zelf varieert slechts in geringe mate van product tot product en is een onderdeel dat fabrikanten van externe leveranciers kopen. In een brandstofcel worden twee elektroden ondergedompeld in een vloeibare elektrolyt, een stof die elektriciteit geleidt. Een elektrode is een massieve elektrische geleider waardoor een elektrische stroom binnenkomt of vertrekt. De elektroden zijn bedekt met een platinalaag en hebben zeer fijne poriën. Tussen de elektroden bevindt zich de dunne elektrolytlaag. De alcohol wordt door een pomp de brandstofcel in gezogen en sijpelt door de elektroden, waar het vervolgens chemisch wordt omgezet. De brandstof zorgt voor een stroom van elektriciteit tussen de elektroden.

De alcohol die in alcoholische dranken wordt aangetroffen, is ethylalcohol, ook wel ethanol genoemd. De moleculaire structuur van ethanol heeft vier hoofdtypen bindingen:koolstof naar zuurstof, koolstof naar koolstof, koolstof naar waterstof en zuurstof naar waterstof. In een brandstofceltester werkt het platinamateriaal op de elektroden als een chemische katalysator en ioniseert het de waterstofatomen door hun elektronen weg te nemen. De waterstofatomen zijn nu positief. Bij deze chemische omzetting (die plaatsvindt aan de bovenkant van de brandstofcel) verplaatsen de waterstofatomen zich vervolgens lager in de brandstofcel en verbinden zich met zuurstof. Er wordt water gevormd en één elektron per positief waterstofmolecuul wordt geabsorbeerd. Nu zijn er meer elektronen aan de bovenkant van de cel dan aan de onderkant. De twee oppervlakken zijn elektrisch verbonden via een draad. De elektronen stromen door de draad van de platina-elektrode. De draad is verbonden met een elektrische stroommeter en aan de andere kant met de platina-elektrode. Het resultaat is een neutraliserende stroom die door de brandstofcel stroomt. De stroom geeft de hoeveelheid alcohol aan die de brandstofcel verbruikt. Hoe meer brandstof (alcohol) aanwezig is, hoe hoger de stroom.

Geschiedenis

Sinds de tijd van Hippocrates (ca. 430 v. Chr. ) ), hebben artsen geweten dat menselijke adem aanwijzingen kan geven voor een medische diagnose. Adem is een nauwkeurige manier om de BAG van een persoon te meten, omdat bloed door de longen gaat, de plaats van gasuitwisseling. De alcoholmoleculen worden overgebracht van het bloed naar de longlucht die in een ademtocht wordt uitgestoten.

In 1938 werd de eerste BAT ontwikkeld door Dr. R. N. Harger en werd de Drunkometer genoemd. Het jaar 1941 bracht de Intoximeter, uitgevonden door Glenn Forrester, tot stand en vervolgens de Alcometer ontwikkeld door Professor Leon Greenberg. Deze machines berekenden de bloedalcohol om het alcoholgehalte van diepe longluchtmonsters in te ademen. De enige manier om de BAG vóór deze instrumenten te bepalen, was door middel van bloed- of urinetests. Deze methoden waren zowel tijdrovend als duur. In 1954 werd de Breathalyzer uitgevonden door Robert Borkenstein, politieagent van de staat Indiana. Dit was een draagbaar, duurzaam type alcoholtestapparaat dat het favoriete instrument werd van de politie in het hele land.

Alcoholtesters vroegen de persoon die werd getest een ballon op te blazen. Dit zorgde ervoor dat er een longmonster zou worden genomen. De ballonlucht werd vervolgens vrijgelaten via foto-elektrische chemicaliën die van kleur veranderden in aanwezigheid van alcohol; hoe dieper de kleurverandering, hoe hoger het alcoholgehalte. Dit apparaat werd vaak voor de rechtbank aangevochten omdat het valse resultaten kon opleveren. Als een persoon bijvoorbeeld een mondspoeling met alcohol heeft gebruikt voordat hij de test deed, kan dit resulteren in een hogere BAG.

In de jaren tachtig werden chemische ademtesten nog maar zelden gebruikt. Verdachten daagden voortdurend de resultaten uit en rechtbanken vernietigden ze. Fabrikanten richtten zich op het verbeteren van de nauwkeurigheid, snelheid en het gemak van het gebruik van brandstof en infrarood BBT.

Grondstoffen

Alcoholtesters voor brandstofcellen zijn voornamelijk samengesteld uit een brandstofcel, pomp, mondstuk, printplaat (PCB) en een liquid crystal display (LCD) of light-emitting diode (LED) die zich allemaal in een plastic behuizing bevinden die over het algemeen is gemaakt van laag dichtheidspolyethyleen (LDPE), polypropyleen (PP) of polystyreen (PS) plastic. De brandstofcel is gemaakt van twee met platina gecoate elektroden en een permeabel elektrolytmateriaal. De pomp is gemaakt van glas en nylon en wordt gebruikt om de alcohol in de BAT te trekken. Het hart van de BAT is de PCB die de hele unit aanstuurt. De microprocessor bevat de codering die de BAT gebruikt om de functies uit te voeren. Het apparaat gebruikt ook een LCD of LED om instructies aan de gebruiker te presenteren, inclusief de resultaten of mogelijke foutmeldingen.

Ontwerp

Zowel infrarood- als brandstofcel-ademtestapparaten worden gebruikt in drie verschillende soorten instrumenten:bewijsmiddelen, screening en passieve ademalcoholtesters. Bewijsbare BAT's verzamelen monsters van de adem van een persoon. De resultaten zijn zo nauwkeurig dat het verzamelde bewijsmateriaal in een rechtbank kan worden gebruikt. Deze apparaten zijn voor het grootste deel groot, zo groot als een desktopcomputer, en staan ​​bij de politie. Screening BAT's zijn doorgaans de meest gebruikte BAC-testers vanwege hun nauwkeurigheid en draagbaarheid (ze zijn ongeveer zo groot als een zakrekenmachine). Deze BAC-testers vereisen dat een persoon in het apparaat blaast, en het leest ofwel geslaagd, mislukt of geeft een digitale uitlezing van de BAC van de persoon. Passieve BAT's zijn ook draagbare apparaten, maar vereisen geen actie van de verdachte. Het apparaat neemt monsters van de lucht rond een persoon.

Het fabricageproces

1. De eerste stap in de productie van een BBT voor een brandstofcel is het vervaardigen van de behuizing. Een alcoholtester voor brandstofcellen. Plastic-LDPE, PP of PS-pellets worden in een trechter gevoerd en verwarmd totdat ze volledig vloeibaar zijn.
2. De hopper laat vervolgens de stroperige vloeistof los in een kunststof spuitgietmatrijs. In dit proces wordt het plastic in een matrijs gegoten die de vorm heeft van de gewenste behuizing. Nadat de vloeistof de matrijs heeft gevuld, wordt deze gesloten en wordt overtollig materiaal afgevoerd. Nadat de matrijs is afgekoeld, wordt deze geopend en wordt de behuizing uitgeworpen.
3. De printplaat is gemaakt van een epoxyhars van glasvezel met een koperen spoel die aan één of beide zijden is gebonden. Deze komen geassembleerd in de fabriek aan.
4. Op de print zijn twee veren gesoldeerd die op de batterijen zullen worden aangesloten. Wanneer de koffer is gesloten, is het batterijcompartiment op de koffer uitgelijnd met de veren, zodat de batterijen klaar zijn om in het compartiment te passen.
5. De pomp is wat de adem van een persoon in het testapparaat naar de brandstofcel trekt. De fabrikant neemt een drievoltmotor, Pyrex-cilinder, nylon zuiger en een roestvrijstalen spindel. De pomp draait de roestvrijstalen schroef en de schroef beweegt de zuigers heen en weer, waardoor de adem door de brandstofcel wordt gedwongen. Pyrex is een hittebestendig, chemicaliënbestendig glas. De nylon zuiger is een stevige cilinder of schijf die precies in de cilinder past. Een o-ring, een kleine ring van rubber of kunststof, wordt handmatig op de groef van de zuiger geplaatst. De zuiger wordt dan licht gesmeerd en past vervolgens in de Pyrex-cilinder. Werknemers zorgen ervoor dat de stukken stevig bij elkaar worden gehouden. Vervolgens bevestigen ze de motor en de spindel aan de pomp met bouten.
6. Nadat de pomp is gemonteerd, wordt deze getest op een testmal, een apparaat dat fabrikanten bouwen om producten te testen. Elke fabrikant heeft zijn eigen unieke testmal, maar het doel is voor iedereen hetzelfde:ervoor zorgen dat de pomp de lucht meerdere keren goed in en uit kan laten lopen. Werknemers haken de pomp aan een machine die ongeveer 200 keer lucht door de pomp laat ontsnappen. Ze bewaken de luchtstroom die door de pomp gaat en zorgen ervoor dat deze binnen de specificaties valt. Specificaties vereisen een vaste hoeveelheid lucht die door het apparaat beweegt.
7. Zodra de pomp klaar is, worden de rest van de onderdelen in de plastic behuizing gemonteerd. De print wordt handmatig in de behuizing geschroefd. Vervolgens wordt het LCD-scherm aangesloten op de printplaat. Het LCD-scherm heeft aan één kant een connector. De connector is bevestigd aan een flexibele strip bestaande uit draden en een plat stuk tape-achtig materiaal. Werknemers duwen de connector in de PCB en deze klikt op zijn plaats.
8. Vervolgens bevestigen de arbeiders de voorgemonteerde brandstofcel aan de rest van de BBT-componenten. De brandstofcel is bevestigd aan een poortblok. Het poortblok is het leidingwerk van het apparaat (een kleine plastic buis waarin de monsterlucht beweegt terwijl deze naar de brandstofcel gaat). Werknemers bevestigen de brandstofcel met vier schroeven aan het poortblok. Het poortblok wordt vervolgens met twee schroeven aan de microprocessor bevestigd. De pomp wordt met een stuk siliconenslang aan het poortblok bevestigd. De slang verbindt de pomp met de poortconstructie.
9. Zodra de BBT volledig is samengesteld, moeten fabrikanten metingen in het apparaat invoeren. Fabrikanten stellen het apparaat in via een proces dat kalibratie wordt genoemd. Kalibratie is het proces waarbij de BAT wordt ingesteld op een bekend, standaard alcoholgehalte om de alcoholconcentratie in de adem nauwkeurig te meten. De BBT zal een testgas of een oplossing met een bekende alcoholconcentratie bemonsteren, de alcoholstandaard genoemd. Eenmaal getest, zal de BAT automatisch Een voorbeeld van hoe een alcoholtester voor brandstofcellen werkt. pas alle interne parameters aan voor een nauwkeurige meting.
10. Nadat de BAT's zijn getest, worden ze verpakt en verzonden naar de groothandel of rechtstreeks naar individuele klanten.

Kwaliteitscontrole

Elke BAT heeft een zelfdiagnosetest ingebouwd in de printplaat. Fabrikanten testen alle functies van het apparaat. De units worden door simulatoren gefietst en herhaaldelijk getest. Fabrikanten kunnen een cyclus van 50 tests tegelijk uitvoeren. De printplaat is bijvoorbeeld geprogrammeerd om te piepen wanneer het apparaat voldoende diepe longlucht heeft gedetecteerd. Het is ook geprogrammeerd om een ​​grafiek te maken van de lucht die wordt geblazen.

Fabrikanten zullen een bekende hoeveelheid lucht door de machine duwen om meerdere functies tegelijk te testen.

Wanneer fabrikanten hun tests hebben voltooid, sturen ze hun product naar het Amerikaanse ministerie van transport. Het ministerie van Transport moet een apparaat goedkeuren voordat het op hun lijst met conforme producten wordt geplaatst. Op het gebied van wetshandhaving zijn staten verplicht om alleen apparaten aan te schaffen die op de lijst met conforme producten staan. Overheidsinstanties zullen ook alleen apparaten kopen van apparaten die door het ministerie zijn goedgekeurd. Aangezien deze markten de overgrote meerderheid zijn van de alcoholtestapparatuur die in de Verenigde Staten wordt verkocht, sturen fabrikanten hun product regelmatig ter goedkeuring naar een kantoor van het Department of Transportation. Het Department of Transportation test het apparaat op prestaties. Laboratoriummedewerkers gebruiken een natte of gasvormige oplossing met een bekende alcoholconcentratie. Als u een nat bad gebruikt, wordt het apparaat aangesloten op een instrument dat een natbadsimulator wordt genoemd. De oplossing wordt in de simulator gegoten en het instrument verwarmt de oplossing automatisch tot een temperatuur van 93°F (34°C). De simulator heeft een gasuitlaatpoort. Werknemers sluiten een mondstukadapter aan op de poort en vervolgens het mondstuk van Bat op de mondstukadapter. Damp wordt gedurende de hele cyclus met een constante snelheid van de simulator voor natte monsters in de BBT geduwd. Werknemers programmeren de eenheid vervolgens op 0,01. Testers kunnen de exacte alcoholconcentratie bepalen die uit de oplossing komt door de temperatuur te kennen. De simulator duwt damp door het apparaat en testers matchen wat het apparaat aangeeft met de bekende alcoholconcentratie. BAT's moeten voldoen aan specificaties die door de afdeling zijn vastgesteld. Een van de eisen van het Department of Transportation is bijvoorbeeld dat het apparaat alcohol van aceton moet onderscheiden wanneer het alcoholgehalte 0,02 is. Laboratoriummedewerkers herhalen de test ongeveer 200 keer, onder verschillende testomstandigheden. Ze variëren de bekende temperatuur van koud tot warm, zoals 50'F, 68°F en 86°F (10°C, 20°C en 30°C).

Het Department of Transportation zorgt er ook voor dat handhavingspersoneel het alcoholtestapparaat nauwkeurig gebruikt. Wetshandhavingspersoneel moet slagen voor een certificering die ademalcoholtests uitvoert door hun staat of lokale overheid.

De Toekomst

De push is om draagbare apparaten te maken die ter plekke bewijs kunnen verzamelen. Om dit te bereiken, is er een toenemende beweging in de richting van het vervaardigen van apparaten voor brandstofcellen op basis van alcohol. In tegenstelling tot alcohol-infraroodapparaten zijn de brandstofceltesters veel goedkoper. Hun nauwkeurigheid en gebruiksgemak is vergelijkbaar met infraroodtesters.

Ook de vraag naar draagbare BAT's voor de individuele consumentenmarkt groeit. Mensen die willen weten of ze de wettelijke alcohollimiet overschrijden, kunnen zichzelf testen met deze BAT's. Inrichtingen die alcohol verkopen, zijn ook een potentiële markt voor deze apparaten. Deze producten zijn ongeveer zo groot als een zaklamp en veel goedkoper dan de apparaten voor professionals. Ze zijn niet zo nauwkeurig als andere testapparaten, maar hebben het voordeel van gemak en kosten.

Wetshandhavers vormen een van de belangrijkste groepen die vaak en regelmatig ademtestapparatuur gebruiken om te controleren of bestuurders niet onder invloed van alcohol zijn. Deze apparaten worden ook gebruikt om alcoholmisbruik op de werkplek te voorkomen. Het Amerikaanse ministerie van Transport vereist alcoholtests voor miljoenen veiligheidsgevoelige werknemers in de vrachtwagen-, luchtvaart-, spoor-, transit- en maritieme industrie. Het testen van deze medewerkers wordt willekeurig afgenomen. Niet-gereguleerde bedrijven voeren steeds vaker alcoholtests uit bij hun werknemers.

In 2001 hebben de meeste staten een wettelijke limiet van 0,1 BAC, terwijl sommige staten een 0,08 afdwingen. Dat betekent dat de BAG niet hoger is dan 10 of 8 mg per 100 ml bloed.

Waar meer te leren

Boeken

Considine, Douglas M., uitg. De wetenschappelijke encyclopedie van Van Nostrand. 8e druk. New York:International Thomson Publishing Inc., 1995.

Tijdschriften

Nationaal Centrum voor Statistiek en Analyse. Schattingen van het aantal dodelijke slachtoffers en letsels bij verkeersongevallen in 2000, 2000, jaarlijkse beoordeling van ongevallen met motorvoertuigen.

Overige

"Over ademtesten." Webpagina van Menssanna Research, Inc. december 2001. .

Craig C. Freudenrich. "Hoe blaastesten werken." Hoe Stuff werkt webpagina. december 2001. .

Webpagina van Life Loc Technologies, Inc.. december 2001. .

M. Rae Nelson