飲酒検知器のしくみ

事故に巻き込まれ、後に酔っ払った運転で起訴されたドライバーの話を聞いたり読んだりします。通常、事故に関するニュースレポートには、ドライバーの血中アルコール濃度と血中アルコールの法的制限が記載されています。たとえば、ドライバーのレベルが0.15であることが判明する場合があり、法的制限は0.08です。しかし、それらの数字はどういう意味ですか？そして、警察官は、彼らが飲酒していると疑われるドライバーが実際に合法的に酔っているのかどうかをどうやって知るのでしょうか？あなたはおそらく飲酒について聞いたことがあるでしょうが、人の呼吸がその人がどれだけ飲まなければならなかったかを正確にどのように示すことができるのか不思議に思うかもしれません。

飲酒運転者を道路から降ろすことは、公共の安全にとって重要です。 1999年に米国で発生した42,000人の交通事故死のうち、約38％がアルコールに関連していた。路傍の飲酒テストに合格できるドライバー（鼻に触れたり、直線を歩いたりすることができます）は、依然として血中アルコールの法的制限を破っており、道路上で危険になる可能性があります。そのため、警察官は最新のテクノロジーのいくつかを使用して、飲酒運転の疑いのあるドライバーのアルコールレベルを検出し、路上からそれらを取り除きます。

現場の多くの役員は、飲酒運転の容疑者の血中アルコール濃度（BAC）を測定するために呼気アルコール検査装置（飲酒検知器は1つのタイプ）に依存しています。この記事では、これらの呼気アルコール検査装置の背後にある科学的原理と技術を検証します。

コンテンツ

1. なぜテストするのですか？
2. テストの原則
3. デバイスの種類：飲酒
4. デバイスの種類：Intoxilyzer
5. デバイスの種類：AlcosensorIIIまたはIV

アルコール中毒は、血中アルコール濃度（BAC）レベルによって法的に定義されています。ただし、実験室で後で分析するために現場で血液サンプルを採取することは、障害のある運転（DWI）または飲酒運転（DUI）の疑いのあるドライバーを拘束するのに実用的または効率的ではありません。アルコールの尿検査は、採血と同じように現場で非現実的であることが証明されました。必要だったのは、容疑者の体に侵入することなく、BACに関連する何かを測定する方法でした。

1940年代に、呼気アルコール検査装置は警察が使用するために最初に開発されました。1954年、インディアナ州警察のロバートボーケンシュタイン博士は、今日法執行機関で使用されている呼気アルコール検査装置の一種である飲酒検知器を発明しました。

これらのテストが何に基づいているかを見てみましょう。

­人が飲むアルコールは、口、喉、胃、腸から血流に吸収されるため、呼吸に現れます。

アルコールは吸収時に消化されず、血流中で化学的に変化しません。血液が肺を通過すると、アルコールの一部が肺の空気嚢（肺胞）の膜を通過して空気中に移動します。これは、アルコールが溶液から蒸発するためです。つまり、揮発性です。中のアルコールの濃度肺胞の空気は、血液中のアルコールの濃度に関連します。肺胞の空気中のアルコールは吐き出されるので、呼気アルコール検査装置で検出できます。アルコールレベルをテストするためにドライバーの血を引く代わりに、警官はその場でドライバーの呼吸をテストし、ドライバーを逮捕する理由があるかどうかを即座に知ることができます。

呼気中のアルコール濃度は血中アルコール濃度に関連しているため、呼気中のアルコールを測定することでBACを計算できます。呼気アルコールと血中アルコールの比率は2,100：1です。これは、2,100ミリリットル（ml）の肺胞空気に1mlの血液と同じ量のアルコールが含まれることを意味します。

長年にわたり、米国全体の酩酊の法的基準は0.10でしたが、現在、多くの州で0.08基準が採用されています。連邦政府は州に法的制限を下げるように促しました。米国医師会は、血中アルコール濃度が0.05に達すると、人が障害を受ける可能性があると述べています。人のBACが0.08と測定された場合、それは100mlの血液あたり0.08グラムのアルコールがあることを意味します。

BACの測定に使用されるいくつかの異なるデバイスがあります。

呼気アルコール検査装置には3つの主要なタイプがあり、それらは異なる原則に基づいています。

タイプに関係なく、各デバイスには、マウスピース、容疑者が空気を吹き込むチューブ、および空気が流れるサンプルチャンバーがあります。デバイスの残りの部分はタイプによって異なります。

飲酒検知器

飲酒のデバイスが含まれています。

アルコールを測定するために、容疑者はデバイスに息を吹き込みます。呼気サンプルは、硫酸、重クロム酸カリウム、硝酸銀、および水の混合物を通して1つのバイアルで泡立てられます。測定の原理は、次の化学反応に基づいています。

この反応では：

硝酸銀は触媒であり、それに関与することなく反応を速くする物質です。硫酸は、空気からアルコールを除去することに加えて、この反応に必要な酸性条件を提供する可能性もあります。

この反応中、赤みがかったオレンジ色の重クロム酸イオンは、アルコールと反応すると緑色のクロムイオンに変色します。色の変化の程度は、排出された空気中のアルコールのレベルに直接関係しています。その空気中のアルコールの量を決定するために、反応した混合物をフォトセルシステム内の未反応の混合物のバイアルと比較します。これにより、メーターの針が静止位置から移動する電流が生成されます。次に、オペレーターはノブを回して針を休憩場所に戻し、ノブからアルコールのレベルを読み取ります。オペレーターがノブを回して休憩に戻す必要があるほど、アルコールのレベルは高くなります。

アルコールの化学

アルコール飲料に含まれるアルコールはエチルアルコール（エタノール）です。エタノールの分子構造は次のようになります。

ここで、Cは炭素、Hは水素、Oは酸素、各ハイフンは原子間の化学結合です。明確にするために、左側の炭素原子への3つの水素原子の結合は示されていません。

分子のOH（O-H）基が、分子をアルコールにします。この分子には4種類の結合があります。

• 炭素-炭素（C-C）
• 炭素-水素（C-H）
• 炭素-酸素（C-O）
• 酸素-水素（O-H）

原子間の化学結合は、共有された電子対です。化学結合はばねによく似ています。曲がったり伸びたりする可能性があります。これらの特性は、赤外線（IR）分光法によってサンプル中のエタノールを検出する上で重要です。

この装置の使用は、赤外線（IR）分光識別分子は方法に基づいて、それらは、吸収IR光を。

分子は絶えず振動しており、分子がIR光を吸収するとこれらの振動が変化します。振動の変化には、さまざまな結合の曲げや伸びが含まれます。分子内の各タイプの結合は、異なる波長でIRを吸収します。したがって、サンプル中のエタノールを特定するには、エタノール中の結合の波長（CO、OH、CH、CC）を調べて、IR光の吸収を測定する必要があります。吸収された波長は、物質をエタノールとして識別するのに役立ち、IR吸収の量は、そこにあるエタノールの量を示します。

Intoxilyzerの場合：

現代の燃料電池技術（いつか私たちの車や家にさえ電力を供給するかもしれない）は、呼気アルコール検出器に適用されてきました。Alcosensor IIIやIVのようなデバイスは、燃料電池を使用します。

燃料電池には、多孔質の酸電解質材料が挟まれた2つの白金電極があります。容疑者からの呼気が燃料電池の片側を通過すると、プラチナは空気中のアルコールを酸化して酢酸、陽子、電子を生成します。

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。陽子は燃料電池の下部を通って移動し、反対側の酸素と電子と結合して水を形成します。酸化されるアルコールが多いほど、電流は大きくなります。マイクロプロセッサは、電流を測定し、BACを算出します。

呼気アルコール検査装置のオペレーターは、特に結果がDWI試験の証拠として使用される場合は、装置の使用と校正について訓練を受ける必要があります。法執行官は、フルサイズのデバイスと同じ原理を使用する携帯型呼気検査デバイスを携帯できます。訴訟は呼気検査の知覚精度をオンにすることができますが、検察官はフルサイズのデバイスから得られた結果に依存しています。

飲酒検知器と関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

アルコールの酸化

酸素の存在下でエタノールの適切な炭素から水素を取り除くと、酢の主成分である酢酸が得られます。酢酸の分子構造は次のようになります。

ここで、Cは炭素、Hは水素、Oは酸素、ハイフンは原子と||の間の単一の化学結合です。記号は原子間の二重結合です。明確にするために、左側の炭素原子への3つの水素原子の結合は示されていません。エタノールが酢酸に酸化されると、2つのプロトンと2つの電子も生成されます。

初版：2000年10月20日

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