Analizador de alcohol en el aliento

Antecedentes

Existe una gran necesidad de garantizar que los conductores bajo los efectos del alcohol se mantengan fuera de las carreteras. Se estima que una persona muere cada 32 minutos y otra persona se lesiona cada 26 segundos en accidentes relacionados con el alcohol. Las muertes en las carreteras aumentaron levemente de 41,717 muertes en 1999 a 41,812 en 2000. El cuarenta por ciento (16.725) involucró alcohol, un aumento del 38% el año anterior.

Los probadores de alcohol en el aliento (BAT) dependen de la proporción de sangre a aliento. Esta relación describe la relación entre el contenido de alcohol en el aliento y el contenido de alcohol en la sangre en un momento dado. La proporción aceptada de alcohol en el aliento a alcohol en sangre es de 2100:1. Esto significa que 2100 ml de una muestra de pulmón de aire profundo contienen la misma cantidad de alcohol que 1 ml de sangre. Todos los instrumentos de prueba de aliento desarrollados desde 1939 utilizan esta relación. La relación está guiada por la Ley de Henry, que establece que la cantidad de gas que se disuelve en un líquido a una temperatura y presión estándar es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas en la fase gaseosa.

Para obtener una lectura precisa del contenido de alcohol de una persona, el dispositivo debe probar el aire profundo de los pulmones de una persona. El intercambio de gases, como el alcohol, entre la sangre y los pulmones se produce en los alvéolos. Cada pulmón contiene varios millones de alvéolos. Si no se exhala aire profundo de los pulmones en el dispositivo, la muestra de aliento se puede diluir con una concentración de alcohol más baja. Los instrumentos generalmente requieren que una persona sople durante un período mínimo de tiempo para garantizar que el aire se capture de los pulmones profundos.

En la actualidad, se utilizan dos tipos principales de MTD. El primer tipo utiliza luz infrarroja para detectar el contenido de alcohol. Este dispositivo pasa una muestra de aliento a través de una banda estrecha de luz infrarroja ajustada a una frecuencia absorbida por el alcohol. La cantidad de luz infrarroja no absorbida por el alcohol indica la concentración de alcohol en el aliento.

El segundo tipo de dispositivo utiliza pilas de combustible (que se basan en reacciones químicas) y es la MTD más utilizada. El alcohol en el aliento de una persona es la energía de la pila de combustible. Cuanto mayor sea la concentración de alcohol en el aliento, más electricidad se generará. El dispositivo mide la fuerza de la corriente para determinar el contenido de alcohol en sangre / aliento (BAC).

La celda de combustible en sí varía solo ligeramente de un producto a otro y es un componente que los fabricantes compran a vendedores externos. En una celda de combustible, dos electrodos se sumergen en un electrolito líquido, una sustancia que conduce la electricidad. Un electrodo es un conductor eléctrico sólido a través del cual entra o sale una corriente eléctrica. Los electrodos están recubiertos con una capa de platino y tienen poros muy finos. Entre los electrodos se encuentra la fina capa de electrolito. El alcohol se introduce en la celda de combustible mediante una bomba y se filtra a través de los electrodos, donde luego se convierte químicamente. El combustible produce un flujo de electricidad entre los electrodos.

El alcohol que se encuentra en las bebidas alcohólicas es el alcohol etílico, también conocido como etanol. La estructura molecular del etanol tiene cuatro tipos principales de enlaces:carbono con oxígeno, carbono con carbono, carbono con hidrógeno y oxígeno con hidrógeno. En un probador de pilas de combustible, el material de platino de los electrodos actúa como un catalizador químico e ioniza los átomos de hidrógeno al eliminar sus electrones. Los átomos de hidrógeno ahora son positivos. En esta conversión química (que tiene lugar en la parte superior de la celda de combustible), los átomos de hidrógeno se mueven hacia abajo en la celda de combustible y se combinan con el oxígeno. Se forma agua y se absorbe un electrón por molécula de hidrógeno positiva. Ahora hay más electrones en la parte superior de la celda que en la parte inferior. Las dos superficies están conectadas eléctricamente a través de un cable. Los electrones fluyen a través del cable del electrodo de platino. El cable está conectado a un medidor de corriente eléctrica y al electrodo de platino en el otro lado. El resultado es una corriente neutralizadora que fluye a través de la pila de combustible. La corriente indica la cantidad de alcohol consumida por la pila de combustible. Cuanto más combustible (alcohol) esté presente, mayor será la corriente.

Historial

Desde la época de Hipócrates (c. 430 A.C. ), los médicos han sabido que el aliento humano puede proporcionar pistas para un diagnóstico médico. La respiración es una forma precisa de medir el BAC de una persona porque la sangre pasa por los pulmones, el lugar del intercambio de gases. Las moléculas de alcohol se transfieren de la sangre al aire de los pulmones que se expulsa al respirar.

En 1938, el Dr. R. N. Harger desarrolló el primer BAT y lo llamó Drunkometer. El año 1941 trajo el Intoxímetro inventado por Glenn Forrester y luego el Alcometer desarrollado por el profesor Leon Greenberg. Estas máquinas calcularon el nivel de alcohol en sangre para respirar los niveles de alcohol de las muestras de aire de los pulmones profundos. La única forma de determinar el BAC antes de estos instrumentos era mediante análisis de sangre u orina. Estos métodos consumían mucho tiempo y eran costosos. En 1954, el alcoholímetro fue inventado por el policía estatal de Indiana, Robert Borkenstein. Este era un tipo de dispositivo portátil y duradero de prueba de alcohol que se convirtió en el instrumento elegido por la policía de todo el país.

Los probadores tempranos de alcohol en el aliento requerían que la persona a la que se realizaba la prueba infle un globo. Esto aseguró que se tomaría una muestra de pulmón de aire profundo. Luego, el aire del globo se soltó sobre sustancias químicas fotoeléctricas que cambiaban de color en presencia de alcohol; cuanto más profundo es el cambio de color, mayor es el contenido de alcohol. Este dispositivo a menudo se impugnó en los tribunales porque podía producir resultados falsos. Por ejemplo, si una persona usó un enjuague bucal que contiene alcohol antes de realizar la prueba, podría resultar en un BAC más alto.

En la década de 1980, las pruebas químicas de aliento rara vez se usaban. Los sospechosos cuestionaban continuamente los resultados y los tribunales los anulaban. Los fabricantes se centraron en mejorar la precisión, la velocidad y la facilidad de uso del combustible y del infrarrojo BAT.

Materias primas

Los probadores de alcohol en el aliento de pila de combustible se componen principalmente de una pila de combustible, bomba, boquilla, placa de circuito impreso (PCB) y una pantalla de cristal líquido (LCD) o diodo emisor de luz (LED), todo contenido dentro de una caja de plástico generalmente hecha de bajo plástico de polietileno de densidad (LDPE), polipropileno (PP) o poliestireno (PS). La pila de combustible está hecha de dos electrodos recubiertos de platino y un material electrolítico permeable. La bomba está hecha de vidrio y nailon y se usa para llevar el alcohol al BAT. En el corazón de BAT está el PCB que controla toda la unidad. El microprocesador contiene la codificación que utiliza el BAT para realizar las funciones. El dispositivo también utiliza una pantalla LCD o LED para presentar instrucciones al usuario, incluidos los resultados o posibles mensajes de error.

Diseño

Tanto los dispositivos de prueba de aliento por infrarrojos como los de pila de combustible se utilizan en tres tipos diferentes de instrumentos:probadores de alcohol en el aliento probatorio, de detección y pasivos. Los MTD probatorios recogen muestras del aliento de una persona. Los resultados son lo suficientemente precisos como para que la evidencia recopilada pueda utilizarse en un tribunal de justicia. En su mayor parte, estos dispositivos son grandes (del tamaño de una computadora de escritorio) y se encuentran en el departamento de policía. Los BAT de detección suelen ser los probadores de BAC más utilizados debido a su precisión y portabilidad (tienen aproximadamente el tamaño de una calculadora de bolsillo). Estos probadores de BAC requieren que una persona sople en el dispositivo, y lee pasa, falla o proporciona una lectura digital del BAC de la persona. Los BAT pasivos también son dispositivos portátiles, pero no requieren ninguna acción por parte del sospechoso. El dispositivo toma muestras del aire alrededor de una persona.

El
proceso de fabricación

1. El primer paso en la producción de una MTD de pila de combustible es fabricar la carcasa. Un probador de alcohol en el aliento de pila de combustible. Los gránulos de plástico (LDPE, PP o PS) se introducen en una tolva y se calientan hasta que estén completamente licuados.
2. La tolva luego libera el líquido viscoso en un molde de inyección de plástico. En este proceso, el plástico se vierte en un molde que tiene la forma de la caja deseada. Una vez que el líquido llena la matriz, se cierra y se drena cualquier exceso de material. Después de que la matriz se enfría, se abre y se expulsa la caja.
3. La PCB está hecha de una resina epoxi de fibra de vidrio con una bobina de cobre adherida a uno o ambos lados. Estos llegan a la planta ensamblados.
4. Se sueldan dos resortes a la PCB que se conectarán a las baterías. Cuando la caja está cerrada, el compartimiento de la batería en la caja se alinea con los resortes para que las baterías estén listas para caber en el compartimiento.
5. La bomba es lo que lleva el aliento de una persona dentro del dispositivo de prueba a la celda de combustible. El fabricante toma un motor de tres voltios, un cilindro Pyrex, un pistón de nailon y un tornillo de avance de acero inoxidable. La bomba hace girar el tornillo de acero inoxidable y el tornillo mueve los pistones hacia adelante y hacia atrás, forzando la respiración a través de la celda de combustible. Pyrex es un vidrio resistente al calor y a los productos químicos. El pistón de nailon es un cilindro o disco sólido que encaja perfectamente en el cilindro. Una junta tórica, un anillo pequeño de goma o plástico, se coloca manualmente en la ranura del pistón. Luego, el pistón se lubrica ligeramente y luego se coloca dentro del cilindro Pyrex. Los trabajadores se aseguran de que las piezas estén firmemente unidas. Luego, unen el motor y el tornillo de avance a la bomba con pernos.
6. Después de ensamblar la bomba, se prueba en una plantilla de prueba, un artilugio que los fabricantes construyen para probar productos. Cada fabricante tiene su propia plantilla de prueba, pero el objetivo es el mismo para todos:garantizar que la bomba pueda entrar y salir correctamente el aire en numerosas ocasiones. Los trabajadores enganchan la bomba a una máquina que libera aire a través de la bomba unas 200 veces. Ellos monitorean la corriente de aire que pasa a través de la bomba y se aseguran de que esté dentro de las especificaciones. Las especificaciones requieren una cantidad determinada de aire que se mueve a través del dispositivo.
7. Una vez que la bomba está completa, el resto de las piezas se ensamblan en la caja de plástico. La placa de circuito impreso se atornilla manualmente en la carcasa. Luego, la pantalla LCD se conecta a la PCB. La pantalla LCD tiene un conector en un lado. El conector está unido a una tira flexible que consta de cables y una pieza plana de material similar a una cinta. Los trabajadores empujan el conector en la placa de circuito impreso y este encaja en su lugar.
8. Luego, los trabajadores sujetan la celda de combustible preensamblada al resto de los componentes BAT. La celda de combustible está unida a un bloque de puertos. El bloque de puertos es la tubería del dispositivo (un pequeño tubo de plástico por el que se mueve la muestra de aire mientras se dirige hacia la celda de combustible). Los trabajadores sujetan la celda de combustible al bloque de puertos con cuatro tornillos. Luego, el bloque de puertos se fija al microprocesador con dos tornillos. La bomba está unida al bloque de puertos con un trozo de tubo de silicona. El tubo une la bomba al conjunto de puertos.
9. Una vez que el BAT está completamente ensamblado, los fabricantes deben ingresar las medidas en el dispositivo. Los fabricantes configuran el dispositivo mediante un proceso llamado calibración. La calibración es el proceso de configurar el BAT a un nivel de alcohol estándar conocido para medir con precisión la concentración de alcohol en el aliento. El BAT tomará una muestra de un gas de prueba o una solución de una concentración de alcohol conocida, llamado estándar de alcohol. Una vez probado, el BAT automáticamente Un ejemplo de cómo funciona un analizador de alcohol en el aliento de pila de combustible. ajustar todos los parámetros internos para proporcionar una medición precisa.
10. Una vez que se han probado las MTD, se empaquetan y envían al mayorista o directamente a los clientes individuales.

Control de calidad

Cada BAT tiene una prueba de autodiagnóstico integrada en la PCB. Los fabricantes prueban todas las funciones del dispositivo. Las unidades pasan por simuladores y se prueban repetidamente. Los fabricantes pueden ejecutar un ciclo de 50 pruebas a la vez. Por ejemplo, la PCB está programada para emitir un pitido cuando el dispositivo ha detectado suficiente aire profundo de los pulmones que ingresa. También está programado para representar gráficamente el aire que se sopla.

Los fabricantes empujarán una cantidad conocida de aire a través de la máquina para probar múltiples funciones a la vez.

Cuando los fabricantes han completado sus pruebas, envían su producto al Departamento de Transporte de los Estados Unidos. El Departamento de Transporte debe aprobar un dispositivo antes de colocarlo en su lista de Productos Conformes. En términos de aplicación de la ley, los estados deben comprar solo dispositivos en la lista de Productos Conformes. Las agencias gubernamentales también solo comprarán dispositivos de aquellos aprobados por el Departamento. Como estos mercados son la gran mayoría de los dispositivos de prueba de alcohol vendidos en los Estados Unidos, los fabricantes envían regularmente su producto a una oficina del Departamento de Transporte para su aprobación. El Departamento de Transporte prueba el funcionamiento del dispositivo. Los trabajadores de laboratorio utilizan una solución húmeda o gaseosa con una concentración conocida de alcohol. Si usa un baño húmedo, el dispositivo está conectado a un instrumento llamado simulador de baño húmedo. La solución se vierte en el simulador y el instrumento calienta automáticamente la solución a una temperatura de 93 ° F (34 ° C). El simulador tiene un puerto de salida de gas. Los trabajadores conectan un adaptador de boquilla al puerto, luego conectan la boquilla de Bat al adaptador de boquilla. El vapor se empuja desde el simulador de muestra húmeda al BAT a una velocidad constante durante todo el ciclo. Luego, los trabajadores programan la unidad en 0.01. Los probadores pueden determinar la concentración exacta de alcohol que emerge de la solución conociendo la temperatura. El simulador empuja el vapor a través del dispositivo y los probadores hacen coincidir lo que lee el dispositivo con la concentración alcohólica conocida. Se requiere que las MTD cumplan con las especificaciones establecidas por el Departamento. Por ejemplo, entre los requisitos establecidos por el Departamento de Transporte está que el dispositivo debe distinguir el alcohol de la acetona cuando el alcohol está en un nivel de 0.02. Los trabajadores de laboratorio repiten la prueba aproximadamente 200 veces, utilizando diferentes condiciones de prueba. Varían la temperatura conocida de fría a cálida, como 50 ° F, 68 ° F y 86 ° F (10 ° C, 20 ° C y 30 ° C).

El Departamento de Transporte también se asegura de que el personal encargado de hacer cumplir la ley utilice con precisión el dispositivo de prueba de alcohol. El personal encargado de hacer cumplir la ley debe aprobar una certificación que realice pruebas de alcohol en el aliento por parte de su gobierno estatal o local.

El futuro

El impulso consiste en fabricar dispositivos portátiles que puedan recopilar pruebas en el lugar. Para lograr esto, existe un movimiento creciente hacia la fabricación de dispositivos de pila de combustible de alcohol. A diferencia de los dispositivos infrarrojos de alcohol, los probadores de pilas de combustible son mucho menos costosos. Su precisión y facilidad de uso es comparable a los probadores de infrarrojos.

También está creciendo el deseo de utilizar MTD portátiles para el mercado de consumidores individuales. Las personas que quieran saber si están por encima del límite legal de alcohol pueden probarse con estas MTD. Los establecimientos que venden alcohol también son un mercado potencial para estos dispositivos. Estos productos tienen aproximadamente el tamaño de una linterna y son mucho menos costosos que los dispositivos diseñados para profesionales. No son tan precisos como otros dispositivos de prueba, pero tienen el beneficio de la facilidad y el costo.

El personal encargado de hacer cumplir la ley es uno de los principales grupos que utilizan habitualmente y con regularidad dispositivos de prueba de aliento para asegurarse de que los conductores no estén bajo la influencia del alcohol. Estos dispositivos también se utilizan para garantizar que no se produzca abuso de alcohol en el lugar de trabajo. El Departamento de Transporte de los Estados Unidos requiere pruebas de alcohol para millones de empleados sensibles a la seguridad en las industrias de camiones, aerolíneas, ferrocarriles, tránsito y marítimas. Las pruebas de estos empleados se administran al azar. Las empresas no reguladas administran cada vez más pruebas de alcohol a sus empleados.

En 2001, la mayoría de los estados tenían un límite legal de 0.1 BAC, y algunos estados aplicaban un 0.08. Eso se traduce en que el BAC no exceda los 10 u 8 mg por 100 ml de sangre.

Dónde obtener más información

Libros

Considine, Douglas M., ed. Enciclopedia científica de Van Nostrand. 8ª ed. Nueva York:International Thomson Publishing Inc., 1995.

Publicaciones periódicas

Centro Nacional de Estadística y Análisis. Estimaciones de muertes y lesiones por accidentes de tráfico de vehículos motorizados para 2000, Evaluación anual de choques de vehículos motorizados de 2000.

Otro

"Acerca de las pruebas de aliento". Página web de Menssanna Research, Inc. Diciembre de 2001. .

Craig C. Freudenrich. "Cómo funcionan los alcoholímetros". Cómo funcionan las cosas en la página web. Diciembre de 2001. .

Página web de Life Loc Technologies, Inc. Diciembre de 2001. .

M. Rae Nelson