Atemalkoholtester

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Hintergrund

Es muss dringend sichergestellt werden, dass alkoholkranke Fahrer von den Straßen fernbleiben. Es wird geschätzt, dass bei alkoholbedingten Unfällen alle 32 Minuten eine Person getötet und alle 26 Sekunden eine weitere Person verletzt wird. Die Zahl der Verkehrstoten auf Autobahnen stieg leicht von 41.717 Todesfällen im Jahr 1999 auf 41.812 im Jahr 2000. Vierzig Prozent (16.725) betrafen Alkohol, ein Anstieg von 38 % im Vorjahr.

Atemalkoholtester (BATs) hängen vom Blut-Atemzug-Verhältnis ab. Dieses Verhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen dem Alkoholgehalt der Atemluft und dem Alkoholgehalt des Blutes zu einem bestimmten Zeitpunkt. Das akzeptierte Verhältnis von Atemalkohol zu Blutalkohol beträgt 2.100:1. Dies bedeutet, dass 2.100 ml einer Lungenprobe aus der tiefen Luft die gleiche Menge Alkohol wie 1 ml Blut enthalten. Alle seit 1939 entwickelten Atemtestgeräte verwenden dieses Verhältnis. Das Verhältnis richtet sich nach dem Henry-Gesetz, das besagt, dass die Gasmenge, die sich in einer Flüssigkeit bei einer Standardtemperatur und einem Standarddruck löst, direkt proportional zum Partialdruck dieses Gases in der Gasphase ist.

Um eine genaue Messung des Alkoholgehalts einer Person zu erhalten, muss das Gerät die tiefe Lungenluft einer Person testen. In den Alveolen findet der Austausch von Gasen wie Alkohol zwischen Blut und Lunge statt. Jede Lunge enthält mehrere Millionen Alveolen. Wenn keine tiefe Lungenluft in das Gerät ausgeatmet wird, kann die Atemprobe mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration verdünnt werden. Instrumente erfordern normalerweise, dass eine Person für eine minimale Zeitdauer bläst, um sicherzustellen, dass die Luft aus den tiefen Lungen eingefangen wird.

Heutzutage werden zwei Haupttypen von BATs verwendet. Der erste Typ verwendet Infrarotlicht, um den Alkoholgehalt zu erkennen. Dieses Gerät leitet eine Atemprobe durch ein schmales Infrarotlichtband, das auf eine von Alkohol absorbierte Frequenz eingestellt ist. Die Menge des vom Alkohol nicht absorbierten Infrarotlichts gibt Auskunft über die Alkoholkonzentration in der Atemluft.

Der zweite Gerätetyp verwendet Brennstoffzellen (die auf chemischen Reaktionen beruhen) und ist die am häufigsten verwendete BVT. Der Alkohol im Atem eines Menschen ist die Energie für die Brennstoffzelle. Je höher die Konzentration des Atemalkohols, desto mehr Strom wird erzeugt. Das Gerät misst die Stromstärke, um den Atem-/Blutalkoholgehalt (BAK) zu bestimmen.

Die Brennstoffzelle selbst variiert von Produkt zu Produkt nur geringfügig und ist eine Komponente, die Hersteller von Fremdanbietern beziehen. In einer Brennstoffzelle tauchen zwei Elektroden in einen flüssigen Elektrolyten, einen elektrisch leitenden Stoff. Eine Elektrode ist ein fester elektrischer Leiter, durch den ein elektrischer Strom eintritt oder austritt. Die Elektroden sind mit einer Platinschicht überzogen und haben sehr feine Poren. Zwischen den Elektroden befindet sich die dünne Elektrolytschicht. Der Alkohol wird von einer Pumpe in die Brennstoffzelle gezogen und sickert durch die Elektroden, wo er dann chemisch umgewandelt wird. Der Brennstoff führt zu einem Stromfluss zwischen den Elektroden.

Der in alkoholischen Getränken enthaltene Alkohol ist Ethylalkohol, auch Ethanol genannt. Die Molekülstruktur von Ethanol hat vier Haupttypen von Bindungen:Kohlenstoff zu Sauerstoff, Kohlenstoff zu Kohlenstoff, Kohlenstoff zu Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserstoff. In einem Brennstoffzellentester wirkt das Platinmaterial an den Elektroden als chemischer Katalysator und ionisiert die Wasserstoffatome, indem es ihnen Elektronen entzieht. Die Wasserstoffatome sind jetzt positiv. Bei dieser chemischen Umwandlung (die oben in der Brennstoffzelle stattfindet) wandern die Wasserstoffatome dann in der Brennstoffzelle nach unten und verbinden sich mit Sauerstoff. Es wird Wasser gebildet und ein Elektron pro positivem Wasserstoffmolekül wird absorbiert. Nun befinden sich oben in der Zelle mehr Elektronen als unten. Die beiden Oberflächen sind durch einen Draht elektrisch verbunden. Die Elektronen fließen von der Platinelektrode durch den Draht. Der Draht ist mit einem Strommesser und auf der anderen Seite mit der Platinelektrode verbunden. Das Ergebnis ist ein neutralisierender Strom, der durch die Brennstoffzelle fließt. Der Strom gibt an, wie viel Alkohol die Brennstoffzelle verbraucht. Je mehr Kraftstoff (Alkohol) vorhanden ist, desto höher ist der Strom.

Verlauf

Seit der Zeit des Hippokrates (ca. 430 v. Chr. ) wissen Mediziner, dass der menschliche Atem Hinweise auf eine medizinische Diagnose geben kann. Der Atem ist eine genaue Methode, um den BAC einer Person zu messen, da Blut durch die Lunge fließt, den Ort des Gasaustauschs. Die Alkoholmoleküle werden mit einem Atemzug aus dem Blut in die Lungenluft übertragen.

1938 wurde der erste BAT von Dr. R. N. Harger entwickelt und als Drunkometer bezeichnet. Das Jahr 1941 brachte das von Glenn Forrester erfundene Intoximeter und dann das von Professor Leon Greenberg entwickelte Alcometer hervor. Diese Maschinen berechneten den Blutalkohol- und Atemalkoholspiegel von tiefen Lungenluftproben. Die einzige Möglichkeit, den BAC vor diesen Instrumenten zu bestimmen, waren Blut- oder Urintests. Diese Methoden waren sowohl zeitaufwendig als auch teuer. 1954 wurde der Alkoholtester von dem Polizisten des Bundesstaates Indiana, Robert Borkenstein, erfunden. Dies war ein tragbares, langlebiges Alkoholtestgerät, das von der Polizei im ganzen Land zum bevorzugten Instrument wurde.

Frühe Atemalkoholtester verlangten von der getesteten Person, dass sie einen Ballon aufblasen musste. Dadurch wurde sichergestellt, dass eine tiefe Luftlungenprobe entnommen wurde. Die Ballonluft wurde dann über photoelektrische Chemikalien freigesetzt, die in Gegenwart von Alkohol ihre Farbe änderten; je tiefer der Farbumschlag, desto höher der Alkoholgehalt. Dieses Gerät wurde oft vor Gericht angefochten, weil es falsche Ergebnisse liefern könnte. Wenn beispielsweise eine Person vor der Durchführung des Tests eine alkoholhaltige Mundspülung verwendet hat, kann dies zu einem höheren BAK-Wert führen.

In den 1980er Jahren wurden chemische Atemtests nur noch selten verwendet. Verdächtige stellten die Ergebnisse ständig in Frage und Gerichte hoben sie auf. Die Hersteller konzentrierten sich auf die Verbesserung der Genauigkeit, Geschwindigkeit und Einfachheit der Verwendung von Kraftstoff und Infrarot-BAT.

Rohstoffe

Brennstoffzellen-Atemalkoholtester bestehen hauptsächlich aus einer Brennstoffzelle, einer Pumpe, einem Mundstück, einer Leiterplatte (PCB) und einem Flüssigkristalldisplay (LCD) oder einer Leuchtdiode (LED), die alle in einem Kunststoffgehäuse enthalten sind, das im Allgemeinen aus niedrig Dichte Polyethylen (LDPE), Polypropylen (PP) oder Polystyrol (PS) Kunststoff. Die Brennstoffzelle besteht aus zwei platinbeschichteten Elektroden und einem durchlässigen Elektrolytmaterial. Die Pumpe besteht aus Glas und Nylon und wird verwendet, um den Alkohol in den BAT zu ziehen. Das Herzstück des BAT ist die Platine, die die gesamte Einheit steuert. Der Mikroprozessor enthält die Codierung, die das BAT verwendet, um die Funktionen auszuführen. Das Gerät verwendet auch ein LCD oder eine LED, um dem Benutzer Anweisungen anzuzeigen, einschließlich der Ergebnisse oder potenzieller Fehlermeldungen.

Design

Sowohl Infrarot- als auch Brennstoffzellen-Atemtestgeräte werden in drei verschiedenen Arten von Instrumenten verwendet:Beweis-, Screening- und passiver Atemalkoholtester. Evidenz-BATs sammeln Proben aus dem Atem einer Person. Die Ergebnisse sind so genau, dass die gesammelten Beweise vor Gericht verwendet werden können. Meistens sind diese Geräte groß – so groß wie ein Desktop-Computer – und werden bei der Polizei untergebracht. Screening-BATs sind aufgrund ihrer Genauigkeit und Tragbarkeit (sie haben ungefähr die Größe eines Taschenrechners) in der Regel die am häufigsten verwendeten BAC-Tester. Bei diesen BAC-Testern muss eine Person in das Gerät blasen, und es liest entweder bestanden, nicht bestanden oder liefert eine digitale Anzeige des BAC der Person. Passive BATs sind ebenfalls Handheld-Geräte, erfordern jedoch keine Aktion seitens des Verdächtigen. Das Gerät nimmt Proben der Luft um eine Person herum.

Der Herstellungsprozess
Prozess

1. Der erste Schritt bei der Herstellung eines Brennstoffzellen-BAT ist die Herstellung des Gehäuses. Ein Brennstoffzellen-Atemalkoholtester. Kunststoff – LDPE, PP oder PS – Pellets werden einem Trichter zugeführt und erhitzt, bis sie vollständig verflüssigt sind.
2. Der Trichter gibt dann die viskose Flüssigkeit in eine Kunststoffspritzgussform ab. Dabei wird der Kunststoff in eine Form gegossen, die wie das gewünschte Gehäuse geformt ist. Nachdem die Flüssigkeit die Matrize gefüllt hat, wird sie geschlossen und überschüssiges Material wird abgelassen. Nachdem die Matrize abgekühlt ist, öffnet sie und die Hülle wird ausgeworfen.
3. Die Leiterplatte besteht aus einem Glasfaser-Epoxidharz mit einer ein- oder beidseitigen Kupferspule. Diese kommen montiert im Werk an.
4. Zwei Federn sind an die Platine gelötet, die mit den Batterien verbunden wird. Wenn das Gehäuse geschlossen ist, richtet sich das Batteriefach am Gehäuse mit den Federn aus, sodass die Batterien bereit sind, in das Fach zu passen.
5. Die Pumpe zieht den Atem einer Person im Testgerät zur Brennstoffzelle. Der Hersteller nimmt einen Drei-Volt-Motor, Pyrex-Zylinder, Nylon-Kolben und eine Edelstahl-Leitspindel. Die Pumpe dreht an der Edelstahlschraube und die Schraube bewegt die Kolben hin und her und zwingt den Atem durch die Brennstoffzelle. Pyrex ist ein hitzebeständiges, chemikalienbeständiges Glas. Der Nylonkolben ist ein massiver Zylinder oder eine Scheibe, die eng in den Zylinder passt. Ein O-Ring, ein kleiner Ring aus Gummi oder Kunststoff, wird von Hand auf die Nut des Kolbens gelegt. Der Kolben wird dann leicht geschmiert und passt dann in den Pyrex-Zylinder. Arbeiter stellen sicher, dass die Teile fest zusammengehalten werden. Dann befestigen sie den Motor und die Leitspindel mit Schrauben an der Pumpe.
6. Nachdem die Pumpe zusammengebaut wurde, wird sie auf einer Testvorrichtung getestet, einer Vorrichtung, die Hersteller bauen, um Produkte zu testen. Jeder Hersteller hat seine eigene einzigartige Prüfvorrichtung, aber das Ziel ist für alle das gleiche:sicherzustellen, dass die Pumpe die Luft mehrmals richtig ein- und ausströmen kann. Arbeiter schließen die Pumpe an eine Maschine an, die ungefähr 200 Mal Luft durch die Pumpe ablässt. Sie überwachen den durch die Pumpe fließenden Luftstrom und stellen sicher, dass er innerhalb der Spezifikationen liegt. Die Spezifikationen erfordern eine bestimmte Luftmenge, die sich durch das Gerät bewegt.
7. Sobald die Pumpe fertig ist, werden die restlichen Teile in das Plastikgehäuse eingebaut. Die Platine wird manuell in das Gehäuse eingeschraubt. Dann wird das LCD mit der Platine verbunden. Das LCD hat an einer Seite einen Anschluss. Der Stecker ist an einem flexiblen Band befestigt, das aus Drähten und einem flachen Stück bandartigen Material besteht. Arbeiter drücken den Stecker in die Leiterplatte und er rastet ein.
8. Als nächstes befestigen Arbeiter die vormontierte Brennstoffzelle an den restlichen BAT-Komponenten. Die Brennstoffzelle ist an einem Anschlussblock befestigt. Der Anschlussblock ist die Verrohrung des Geräts (ein kleines Plastikröhrchen, in das sich die Probenluft auf ihrem Weg zur Brennstoffzelle bewegt). Arbeiter befestigen die Brennstoffzelle mit vier Schrauben am Porting-Block. Der Portierungsblock wird dann mit zwei Schrauben am Mikroprozessor befestigt. Die Pumpe ist mit einem Stück Silikonschlauch am Anschlussblock befestigt. Der Schlauch verbindet die Pumpe mit der Anschlussbaugruppe.
9. Sobald das BAT vollständig zusammengebaut ist, müssen die Hersteller Messungen in das Gerät eingeben. Hersteller stellen das Gerät durch einen Prozess ein, der als Kalibrierung bezeichnet wird. Bei der Kalibrierung wird der BAT auf einen bekannten Standard-Alkoholspiegel eingestellt, um die Alkoholkonzentration in der Atemluft genau zu messen. Der BAT nimmt entweder eine Probe von einem Testgas oder einer Lösung mit bekannter Alkoholkonzentration, dem sogenannten Alkoholstandard. Nach dem Test wird der BAT automatisch Ein Beispiel für die Funktionsweise eines Brennstoffzellen-Atemalkoholtesters. Passen Sie alle internen Parameter an, um eine genaue Messung zu gewährleisten.
10. Nachdem die BATs getestet wurden, werden sie verpackt und an den Großhändler oder direkt an einzelne Kunden versandt.

Qualitätskontrolle

Jedes BAT verfügt über einen in die Leiterplatte integrierten Selbstdiagnosetest. Hersteller testen alle Funktionen des Gerätes. Die Einheiten werden durch Simulatoren getaktet und wiederholt getestet. Hersteller können einen Zyklus von 50 Tests gleichzeitig durchführen. Zum Beispiel ist die Platine so programmiert, dass sie piept, wenn das Gerät genügend tief eindringende Lungenluft erkannt hat. Es ist auch so programmiert, dass die geblasene Luft grafisch dargestellt wird.

Die Hersteller drücken eine bekannte Menge Luft durch die Maschine, um mehrere Funktionen gleichzeitig zu testen.

Wenn die Hersteller ihre Tests abgeschlossen haben, senden sie ihr Produkt an das Verkehrsministerium der Vereinigten Staaten. Das Verkehrsministerium muss ein Gerät genehmigen, bevor es in die Liste der konformen Produkte aufgenommen wird. Im Hinblick auf die Strafverfolgung sind die Bundesstaaten verpflichtet, nur Geräte zu kaufen, die auf der Liste der konformen Produkte stehen. Regierungsbehörden kaufen auch nur Geräte von denen, die vom Ministerium genehmigt wurden. Da diese Märkte die überwiegende Mehrheit der in den Vereinigten Staaten verkauften Alkoholtestgeräte sind, senden die Hersteller ihre Produkte regelmäßig zur Genehmigung an ein Verkehrsministerium. Das Verkehrsministerium testet das Gerät auf Leistung. Labormitarbeiter verwenden eine Nass- oder Gaslösung mit bekannter Alkoholkonzentration. Wenn Sie ein Nassbad verwenden, wird das Gerät an ein Instrument angeschlossen, das als Nassbadsimulator bezeichnet wird. Die Lösung wird in den Simulator gegossen und das Gerät erhitzt die Lösung automatisch auf eine Temperatur von 93 °F (34 °C). Der Simulator hat einen Gasauslassanschluss. Arbeiter schließen einen Mundstückadapter an den Anschluss an und verbinden dann Bats Mundstück mit dem Mundstückadapter. Dampf wird während des gesamten Zyklus mit konstanter Geschwindigkeit vom Nassprobensimulator in den BAT gedrückt. Arbeiter programmieren dann die Einheit auf 0,01. Tester können die genaue Alkoholkonzentration bestimmen, die aus der Lösung austritt, indem sie die Temperatur kennen. Der Simulator drückt Dampf durch das Gerät und die Tester gleichen die Messwerte mit der bekannten Alkoholkonzentration ab. BATs sind erforderlich, um Spezifikationen zu erfüllen, die von der Abteilung festgelegt werden. Zu den Anforderungen des Verkehrsministeriums gehört beispielsweise, dass das Gerät Alkohol von Aceton unterscheiden muss, wenn der Alkoholgehalt einen Wert von 0,02 hat. Labormitarbeiter wiederholen den Test etwa 200 Mal unter verschiedenen Testbedingungen. Sie variieren die bekannte Temperatur von kalt bis warm, z. B. 50'F, 68 °F und 86 °F (10 °C, 20 °C und 30 °C).

Das Verkehrsministerium stellt auch sicher, dass das Kontrollpersonal das Alkoholtestgerät korrekt verwendet. Das Personal der Strafverfolgungsbehörden muss eine Zertifizierung zur Durchführung von Atemalkoholtests durch die staatliche oder lokale Regierung bestehen.

Die Zukunft

Der Vorstoß besteht darin, tragbare Geräte herzustellen, die Beweise vor Ort sammeln können. Um dies zu erreichen, gibt es einen zunehmenden Trend zur Herstellung von Alkohol-Brennstoffzellenvorrichtungen. Im Gegensatz zu Alkohol-Infrarotgeräten sind die Brennstoffzellen-Tester deutlich günstiger. Ihre Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit ist vergleichbar mit Infrarot-Testern.

Auch der Wunsch nach handgehaltenen BATs für den individuellen Verbrauchermarkt wächst. Personen, die wissen möchten, ob sie die gesetzliche Alkoholgrenze überschreiten, können sich mit diesen BATs testen. Auch Betriebe, die Alkohol verkaufen, sind ein potenzieller Markt für diese Geräte. Diese Produkte haben ungefähr die Größe einer Taschenlampe und sind weitaus günstiger als die Geräte für Profis. Sie sind nicht so präzise wie andere Prüfgeräte, haben aber den Vorteil der Einfachheit und der Kosten.

Das Personal der Strafverfolgungsbehörden ist eine der Hauptgruppen, die häufig und regelmäßig Atemtestgeräte verwenden, um sicherzustellen, dass die Fahrer nicht unter Alkoholeinfluss stehen. Diese Geräte werden auch verwendet, um sicherzustellen, dass am Arbeitsplatz kein Alkoholmissbrauch auftritt. Das Verkehrsministerium der Vereinigten Staaten verlangt Alkoholtests für Millionen von sicherheitssensiblen Mitarbeitern in der LKW-, Flug-, Bahn-, Transit- und Schifffahrtsindustrie. Die Tests dieser Mitarbeiter werden nach dem Zufallsprinzip durchgeführt. Nicht regulierte Unternehmen führen bei ihren Mitarbeitern zunehmend Alkoholtests durch.

Im Jahr 2001 haben die meisten Staaten einen gesetzlichen Grenzwert von 0,1 BAC, wobei einige Staaten einen Wert von 0,08 durchsetzen. Das bedeutet, dass der BAC 10 oder 8 mg pro 100 ml Blut nicht überschreitet.

Weitere Informationen

Bücher

Considine, Douglas M., Hrsg. Van Nostrands wissenschaftliche Enzyklopädie. 8. Aufl. New York:International Thomson Publishing Inc., 1995.

Zeitschriften

Nationales Zentrum für Statistik und Analyse. Schätzungen zu Todesfällen und Verletzungen bei Verkehrsunfällen durch Kraftfahrzeuge für 2000, 2000 Jährliche Bewertung von Kraftfahrzeugunfällen.

Andere

"Über Atemtests." Webseite von Menssanna Research, Inc.. Dezember 2001. .

Craig C. Freudenrich. "Wie Alkoholtester funktionieren." So funktioniert die Webseite. Dezember 2001. .

Webseite von Life Loc Technologies, Inc.. Dezember 2001. .

M. Rae Nelson