ブレスアルコールテスター

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背景

アルコール障害のあるドライバーが道路から離れていることを確認することが深刻な必要性があります。アルコール関連の事故では、32分ごとに1人が死亡し、26秒ごとに別の人が負傷すると推定されています。高速道路での死亡者数は、1999年の41,717人から2000年には41,812人にわずかに増加しました。40％（16,725人）がアルコールに関係しており、前年の38％から増加しています。

呼気アルコールテスター（BAT）は、血液と呼気の比率に依存します。この比率は、任意の時点での呼気のアルコール含有量と血液のアルコール含有量の関係を表します。呼気アルコールと血中アルコールの許容比率は2,100：1です。これは、2,100mlの深部肺サンプルに1mlの血液と同じ量のアルコールが含まれていることを意味します。 1939年以降に開発されたすべての呼気検査機器は、この比率を使用しています。この比率は、標準の温度と圧力で液体に溶解するガスの量が気相中のそのガスの分圧に正比例するというヘンリーの法則によって導かれます。

人のアルコール含有量を正確に読み取るために、デバイスは人の肺の深部の空気をテストする必要があります。血液と肺の間のアルコールなどのガスの交換は、肺胞で起こります。各肺には数百万の肺胞が含まれています。肺の深部の空気がデバイスに吐き出されない場合は、サンプルの呼気をより低いアルコール濃度で希釈することができます。器具は通常、空気が深部肺から確実に捕捉されるように、人が最小限の時間吹く必要があります。

現在使用されているBATには主に2つのタイプがあります。最初のタイプは、赤外線を使用してアルコール含有量を検出します。このデバイスは、アルコールによって吸収される周波数に設定された狭帯域の赤外光に呼気サンプルを通過させます。アルコールに吸収されない赤外光の量は、呼吸中のアルコールの濃度を示します。

2番目のタイプのデバイスは、燃料電池（化学反応に依存する）を使用し、最も一般的に使用されるBATです。人の呼吸に含まれるアルコールは、燃料電池のエネルギーです。呼気アルコールの濃度が高いほど、より多くの電気が生成されます。このデバイスは、電流の強さを測定して、呼気/血中アルコール濃度（BAC）を決定します。

燃料電池自体は製品ごとにわずかに異なり、メーカーが外部のベンダーから購入するコンポーネントです。燃料電池では、電気を通す物質である液体電解質に2つの電極が浸されています。電極は、電流が出入りする固体の導電体です。電極は白金層でコーティングされており、非常に微細な細孔を持っています。電極の間には薄い電解質層があります。アルコールはポンプによって燃料電池に引き込まれ、電極から浸透し、そこで化学的に変換されます。燃料は電極間に電気の流れをもたらします。

アルコール飲料に含まれるアルコールは、エタノールとしても知られるエチルアルコールです。エタノールの分子構造には、炭素から酸素、炭素から炭素、炭素から水素、酸素から水素の4つの主要なタイプの結合があります。燃料電池テスターでは、電極上の白金材料が化学触媒として機能し、水素原子の電子を奪うことで水素原子をイオン化します。水素原子は正になりました。この化学変換（燃料電池の上部で行われます）では、水素原子が燃料電池内で下に移動し、酸素と結合します。水が形成され、正の水素分子ごとに1つの電子が吸収されます。これで、セルの下部よりも上部に多くの電子が存在します。 2つの表面はワイヤーを介して電気的に接続されています。電子は白金電極からワイヤーを通って流れます。ワイヤーは電流計と反対側の白金電極に接続されています。その結果、燃料電池に中和電流が流れます。電流は、燃料電池によって消費されるアルコールの量を示します。存在する燃料（アルコール）が多いほど、電流は大きくなります。

歴史

ヒポクラテスの時代から（紀元前430年頃 ）、医師は人間の呼吸が医学的診断の手がかりを提供できることを知っています。血液はガス交換の部位である肺を通過するため、呼吸は人のBACを測定する正確な方法の1つです。アルコール分子は、血液から呼吸で排出される肺の空気に移動します。

1938年、最初のBATはR. N. Harger博士によって開発され、Drunkometerと呼ばれました。 1941年には、Glenn Forresterによって発明されたIntoximeterと、LeonGreenberg教授によって開発されたAlcometerが誕生しました。これらのマシンは、深部肺空気サンプルのアルコールレベルを呼吸するために血中アルコールを計算しました。これらの機器の前にBACを決定する唯一の方法は、血液検査または尿検査によるものでした。これらの方法は、時間と費用の両方がかかりました。 1954年、飲酒検知器はインディアナ州の警官ロバート・ボーケンシュタインによって発明されました。これは、持ち運び可能で耐久性のあるタイプのアルコール検査装置であり、全国の警察によって選択される手段となりました。

早期呼気アルコールテスターは、テスト対象者がバルーンを爆破することを要求しました。これにより、深部空気肺サンプルが確実に採取されます。次に、アルコールの存在下で色が変化する光電化学物質を介してバルーン空気が放出されました。色の変化が深いほど、アルコール含有量は高くなります。このデバイスは、誤った結果をもたらす可能性があるため、法廷でしばしば異議を申し立てられました。たとえば、検査を受ける前にアルコールを含むうがい薬を使用した場合、BACが高くなる可能性があります。

1980年代までに、化学呼気検査はめったに使用されませんでした。容疑者は継続的に結果に異議を唱え、裁判所は結果を覆していました。メーカーは、燃料と赤外線BATの使用の精度、速度、および使いやすさの向上に重点を置いていました。

原材料

燃料電池呼気アルコールテスターは、主に燃料電池、ポンプ、マウスピース、プリント回路基板（PCB）、および液晶ディスプレイ（LCD）または発光ダイオード（LED）で構成され、すべて低密度ポリエチレン製のプラスチックケースに収められています。密度ポリエチレン（LDPE）、ポリプロピレン（PP）、またはポリスチレン（PS）プラスチック。燃料電池は、2つの白金被覆電極と透過性電解質材料でできています。ポンプはガラスとナイロンでできており、アルコールをBATに引き込むために使用されます。 BATの中心には、ユニット全体を制御するPCBがあります。マイクロプロセッサには、BATが機能を実行するために使用するコーディングが含まれています。また、デバイスはLCDまたはLEDを使用して、結果や潜在的なエラーメッセージなどの指示をユーザーに提示します。

デザイン

赤外線と燃料電池の両方の呼気検査装置は、証拠、スクリーニング、および受動呼気アルコール検査器の3つの異なるタイプの機器で使用されます。証拠となるBATは、人の呼吸からサンプルを収集します。結果は、収集された証拠を法廷で使用できるほど正確です。ほとんどの場合、これらのデバイスは大きく（デスクトップコンピュータのサイズ）、警察署に収容されています。スクリーニングBATは、その精度と携帯性のために、通常、最も広く使用されているBACテスターです（ポケット計算機とほぼ同じサイズです）。これらのBACテスターは、人がデバイスに息を吹き込む必要があり、合格、不合格、またはその人のBACのデジタル読み取りを提供します。パッシブBATもハンドヘルドデバイスですが、容疑者側でのアクションは必要ありません。このデバイスは、人の周りの空気のサンプルを採取します。

製造
プロセス

1. 燃料電池BATの製造における最初のステップは、ケースを製造することです。 燃料電池呼気アルコールテスター。プラスチック（LDPE、PP、またはPS）ペレットはホッパーに供給され、完全に液化するまで加熱されます。
2. 次に、ホッパーは粘性のある液体をプラスチックの射出成形金型に放出します。このプロセスでは、プラスチックは、目的のケースのような形状のダイに注がれます。液体がダイを満たした後、それは閉じられ、余分な材料は排出されます。ダイが冷えると、ダイが開き、ケースが排出されます。
3. PCBは、片面または両面に銅コイルが接着されたグラスファイバーエポキシ樹脂でできています。これらは組み立てられた工場に到着します。
4. バッテリーに接続するPCBに2つのスプリングがはんだ付けされています。ケースを閉じると、ケースのバッテリーコンパートメントがスプリングと一列に並び、バッテリーがコンパートメントに収まるようになります。
5. ポンプは、試験装置内の人の息を燃料電池に引き込むものです。メーカーは、3ボルトのモーター、パイレックスシリンダー、ナイロンピストン、およびステンレス鋼の親ネジを使用します。ポンプがステンレス鋼のネジを回し、ネジがピストンを前後に動かして、燃料電池に息を吹き込みます。パイレックスは、耐熱性、耐薬品性のガラスです。ナイロンピストンは、シリンダーにぴったりとはまる中実のシリンダーまたはディスクです。ゴムまたはプラスチック製の小さなリングであるOリングを、ピストンの溝に手動で配置します。次に、ピストンにわずかに注油してから、パイレックスシリンダーの内側に取​​り付けます。作業員は、部品がしっかりと固定されていることを確認します。次に、モーターと親ねじをボルトでポンプに取り付けます。
6. ポンプを組み立てた後、テストジグでテストします。これは、メーカーが製品をテストするために作成した装置です。すべてのメーカーには独自のテストジグがありますが、目標はすべて同じです。ポンプが空気を何度も適切に出し入れできるようにすることです。作業員は、ポンプを介して空気を約200回放出する機械にポンプを接続します。彼らはポンプを通過する気流を監視し、それが仕様の範囲内にあることを確認します。仕様では、デバイス内を移動する一定量の空気が必要です。
7. ポンプが完成したら、残りの部品をプラスチックケースに組み立てます。 PCBは手動でケースにねじ込まれます。次に、LCDがPCBに接続されます。 LCDの片側にコネクタがあります。コネクタは、ワイヤとテープのような平らな部分で構成される柔軟なストリップに取り付けられています。作業者がコネクタをPCBに押し込み、所定の位置にカチッとはまります。
8. 次に、作業員は、組み立て済みの燃料電池を残りのBATコンポーネントに固定します。燃料電池はポーティングブロックに取り付けられています。ポーティングブロックは、デバイスの配管です（サンプル空気が燃料電池に向かうときに移動する小さなプラスチックチューブ）。作業員は、4本のネジで燃料電池をポーティングブロックに取り付けます。次に、ポーティングブロックを2本のネジでマイクロプロセッサに固定します。ポンプは、シリコンチューブでポーティングブロックに取り付けられています。チューブはポンプをポーティングアセンブリに接続します。
9. BATが完全に組み立てられたら、メーカーは測定値をデバイスに入力する必要があります。メーカーは、キャリブレーションと呼ばれるプロセスによってデバイスを設定します。キャリブレーションは、呼気中のアルコール濃度を正確に測定するために、BATを既知の標準アルコールレベルに設定するプロセスです。 BATは、テストガスまたはアルコール標準と呼ばれる既知のアルコール濃度の溶液のいずれかをサンプリングします。テストが完了すると、BATは自動的に 燃料電池呼気アルコールテスターの動作例。正確な測定を提供するために、すべての内部パラメータを調整します。
10. BATがテストされた後、それらはパッケージ化され、卸売業者または直接個々の顧客に出荷されます。

品質管理

各BATには、PCBに組み込まれた自己診断テストがあります。メーカーは、デバイスのすべての機能をテストします。ユニットはシミュレーターを循環し、繰り返しテストされます。メーカーは一度に50のテストのサイクルを実行できます。たとえば、PCBは、デバイスがPCBに入る十分な深部肺空気を検出したときにビープ音を鳴らすようにプログラムされています。また、吹き付けられている空気をグラフ化するようにプログラムされています。

メーカーは、既知の量の空気を機械に押し込み、一度に複数の機能をテストします。

メーカーはテストを完了すると、製品を米国運輸省に送ります。運輸省は、デバイスを適合製品リストに載せる前に、デバイスを承認する必要があります。法執行の観点から、州は適合製品リストにあるデバイスのみを購入する必要があります。政府機関も、省によって承認されたものからのみデバイスを購入します。これらの市場は米国で販売されているアルコール検査装置の大部分であるため、メーカーは定期的に製品を運輸省の事務所に送って承認を得ています。運輸省は、デバイスのパフォーマンスをテストします。実験室の作業員は、既知の濃度のアルコールを含む湿った溶液またはガス溶液を使用します。ウェットバスを使用する場合、デバイスはウェットバスシミュレーターと呼ばれる機器に接続されます。溶液はシミュレーターに注がれ、機器は自動的に溶液を93°F（34°C）の温度に加熱します。シミュレータにはガス出口ポートがあります。作業者はマウスピースアダプターをポートに接続し、次にバットのマウスピースをマウスピースアダプターに接続します。蒸気は、サイクル全体を通して一定の速度でウェットサンプルシミュレータからBATに押し出されます。次に、作業者はユニットを0.01にプログラムします。テスターは、温度を知ることにより、溶液から出てくるアルコールの正確な濃度を決定できます。シミュレーターは蒸気をデバイスに押し出し、テスターはデバイスが読み取るものを既知のアルコール濃度と一致させます。 BATは、部門によって設定された仕様を満たす必要があります。たとえば、運輸省によって作成された要件の中には、アルコールが0.02レベルの場合、デバイスはアルコールとアセトンを区別する必要があるというものがあります。実験室の作業員は、さまざまなテスト条件を使用して、約200回テストを繰り返します。それらは、既知の温度を冷たいものから暖かいものまで変化させます。たとえば、50'F、68°F、および86°F（10°C、20°C、および30°C）です。

運輸省はまた、執行要員がアルコール検査装置を正確に使用することを保証します。法執行要員は、州または地方自治体のいずれかによる呼気アルコール検査を実施する認証に合格する必要があります。

未来

推進力は、その場で証拠を収集できるポータブルデバイスを製造することです。これを達成するために、アルコール燃料電池デバイスの製造に向けた動きが増えています。アルコール赤外線デバイスとは対照的に、燃料電池テスターははるかに安価です。それらの精度と使いやすさは、赤外線テスターに​​匹敵します。

個人消費者向けのハンドヘルドBATへの要望も高まっています。法定アルコール制限を超えているかどうかを知りたい人は、これらのBATで自分自身をテストできます。アルコールを販売する施設も、これらのデバイスの潜在的な市場です。これらの製品は、懐中電灯とほぼ同じサイズで、専門家向けのデバイスよりもはるかに安価です。これらは他のテストデバイスほど正確ではありませんが、使いやすさとコストの面でメリットがあります。

法執行要員は、ドライバーがアルコールの影響を受けていないことを確認するために、一般的かつ定期的に呼気検査装置を使用する主要なグループの1つです。これらのデバイスは、職場でアルコール乱用が発生しないようにするためにも使用されます。米国運輸省は、トラック、航空会社、鉄道、輸送、および海事業界の何百万人もの安全に敏感な従業員に対してアルコール検査を義務付けています。これらの従業員のテストはランダムに実施されます。規制されていない企業は、従業員に対してますますアルコール検査を実施しています。

2001年には、ほとんどの州で0.1 BACの法的制限があり、一部の州では0.08が適用されています。これは、BACが血液100mlあたり10または8mgを超えないことを意味します。

詳細情報

本

コンシジン、ダグラスM.、編ヴァンノストランドの科学百科事典。 第8版ニューヨーク：International Thomson Publishing Inc.、1995年。

定期刊行物

国立統計分析センター。 2000年、2000年の自動車事故の年次評価における自動車交通事故の死亡者および負傷者の推定。

その他

「呼気検査について。」 Menssanna Research、Inc。のWebページ。 2001年12月。。

クレイグC.フロイデンリッヒ。 「飲酒検知器のしくみ」 ハウスタッフワークスのWebページ。 2001年12月。。

Life Loc Technologies、Inc。のWebページ。 2001年12月。。

M. レイ ネルソン