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酒精检测仪是如何鉴别酒驾的?

19世纪80年代,卡尔·奔驰(CarlBenz)推出世界上第一辆商用汽车,自那时起,酒驾逐渐成为非常严重的问题。
1954年,罗伯特·博肯斯坦(RobertF.Borkenstein)发明了醉酒呼吸分析仪(也称酒精检测仪),它是一种检测血液中所含酒精浓度的仪器。
你知道酒精检测仪是如何发明,又是怎样检测酒精浓度的吗?
摄入酒精对驾驶的影响
在开车时,我们需要完全控制自己的感官,提高警惕。在遇到突发情况时,要在最短时间内采取行动,但酒精会对此产生负面影响。
(图源:scienceabc.com)
酒精不像食物一样被消化,而是通过胃壁和肠壁扩散到血液中。酒精具有较高的水溶性,一旦进入人体,就会随血液到达人体的各个地方。因此,包括心脏、大脑、肺和肌肉在内的所有主要器官和组织的酒精浓度,都将与血液中的酒精浓度相同。
(图源:ncbi.nlm.nih.gov)
酒精进入大脑后,会增强抑制性神经递质GABA(即γ-氨基丁酸)的作用,这将导致脑细胞的反应和交流变得迟钝。另外,酒精还会削弱小脑的效率,从而损害视觉和运动技能。
酒精检测的发展历程
20世纪初,鉴别酒驾的唯一方法就是寻找酒驾的明显迹象,比如急转弯、超速驾驶、驾驶员眼睛充血等,但法律上并没有给出“什么是酒驾”的统计学定义。
1931年,美国印第安纳大学医学院教授罗拉·哈格(RollaN.Harger)发明了用于测量呼吸中酒精浓度的醉度测量器(Drunkometer)。
1939年,印第安纳州通过了第一部以血液酒精浓度来推定为醉酒的法律,即血液酒精浓度(Bloodalcoholconcentration,BAC)大于等于0.15%(g/ml)的驾驶员被认定为醉酒驾驶,后来该标准降低至0.1%(g/ml)。
一名涉嫌酒驾的司机正在接受检测(图源:cosmosmagazine.com)
1954年,印第安纳州的警察罗伯特·博肯斯坦(RobertF.Borkenstein)发明了醉酒呼吸分析仪(Breathalyzer),这种仪器更易操作,且检测结果也更精确。
醉酒呼吸分析仪的发明路线图(图源:scienceabc.com)
如今,酒精检测仪品种多样,不同国家使用的仪器各不相同。有的仪器装置固定在汽车仪表盘上,驾驶员发动引擎前必须通过酒精测试,否则无法发动引擎。
酒精检测仪的工作原理
醉酒呼吸分析仪中有一个与仪表相连的光电池系统和两个装有硫酸(H2SO4)、重铬酸钾(H2Cr2O7)、硝酸银(AgNO3)和水(H2O)的混合物玻璃瓶,其中一个为测试瓶,另一个为标准瓶(不含酒精)。
检测酒精时,驾驶员对着仪器吹气,气体样本会在经过测试瓶时发生化学反应。在反应过程中,硫酸将酒精(C2H5OH)从气体中分离出来,同时提供反应过程所需的酸性条件。酒精与重铬酸钾发生反应生成硫酸铬(Cr2(SO4)3)、硫酸钾(K2SO4)、乙酸(CH3COOH)、水。硝酸银是一种催化剂,可以加快反应速度,但不参与反应。
(图源:scienceabc.com)
在此反应过程中,红橙色的重铬酸盐离子与酒精反应后会生成绿色的铬离子,颜色变化的程度与呼出气体中的酒精浓度直接相关。
当一个光源照射两个玻璃瓶时,光电池系统能够测量化学反应发生时的颜色变化,而颜色从红橙色到绿色的变化决定了测试瓶和标准瓶的透光率差异。
标准瓶(左)与测试瓶(右)中溶液的颜色(图源:scienceabc.com)
通过观察透射率差异,并根据比尔-朗伯定律(该定律表明了光的衰减与光传播所通过有色溶液的性质之间的关系)就可以进行定量分析,从而确定反应生成绿色硫酸铬的浓度。由于绿色硫酸铬的形成取决于反应中酒精的含量,因此,间接表明了呼吸中的酒精浓度。
呼吸分析仪的指针显示血液酒精浓度(图源:scienceabc.com)
呼气酒精浓度与血液酒精浓度
那么,呼气酒精浓度和血液酒精浓度相同吗?答案是不相同。人在喝酒时,酒精会进入血液并在全身流动。随着血液流经肺脏,部分酒精会穿过肺泡的薄膜排到空气中,这是因为酒精会从溶液中挥发,即具有挥发性。
不过肺泡中的酒精浓度与血液中的酒精浓度是有关联的,呼吸时,肺泡中的酒精能够被酒精检测仪检测到。检测人员通过测量呼吸中的酒精,即可得出血液酒精浓度(BAC)。
呼吸时的酒精浓度与血液酒精浓度的关系:血液酒精浓度=呼气酒精浓度×2100。也就是说,呼吸时每呼出1毫升酒精,血液中约有2100毫升酒精。
血液酒精浓度对驾驶的影响(图源:scienceabc.com)
酒精检测仪已经广泛使用,但不同国家制定的法律标准不同。印度允许的最高血液酒精浓度为0.03%(g/ml),美国为0.08%(g/ml),西欧为0.05%(g/ml),匈牙利、日本、伊朗等许多国家对酒驾行为采取零容忍政策。
我国法律规定,驾驶员的血液酒精浓度大于等于0.02%(g/ml)且小于0.08%(g/ml)即为酒后驾车;大于等于0.08%(g/ml)被定性为醉酒驾车。
(图源:scienceabc.com)
人的生命只有一次,我们不能抱有侥幸心理,要做到“珍爱生命,拒绝酒驾”,这不仅是对自己负责,也是对家人、对社会负责!
参考文献:
Jointassociationsofaccelero-metermeasuredphysicalactivityandsedentarytimewithall-causemortality:aharmonisedmeta-analysisinmorethan44000middle-agedandolderindividuals.BritishJournalofSportsMedicine.2020.11.25


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