Testador de álcool no ar expirado

---

Antecedentes

Há uma necessidade séria de garantir que os motoristas alcoolizados permaneçam fora das estradas. Estima-se que uma pessoa morre a cada 32 minutos e outra pessoa é ferida a cada 26 segundos em acidentes relacionados ao álcool. As mortes em estradas aumentaram ligeiramente de 41.717 mortes em 1999 para 41.812 em 2000. Quarenta por cento (16.725) envolveram álcool, um aumento de 38% no ano anterior.

Testadores de álcool no ar expirado (BATs) dependem da proporção entre sangue e ar expirado. Essa proporção descreve a relação entre o teor de álcool da respiração e o teor de álcool do sangue em um determinado momento. A proporção aceita de álcool no ar expirado e álcool no sangue é de 2.100:1. Isso significa que 2.100 ml de uma amostra pulmonar de ar profundo contém a mesma quantidade de álcool que 1 ml de sangue. Todos os instrumentos de teste de respiração desenvolvidos desde 1939 usam essa proporção. A relação é guiada pela Lei de Henry, que afirma que a quantidade de gás que se dissolve em um líquido em uma temperatura e pressão padrão é diretamente proporcional à pressão parcial desse gás na fase gasosa.

Para obter uma leitura precisa do teor de álcool de uma pessoa, o dispositivo deve testar o ar profundo dos pulmões de uma pessoa. A troca de gases, como o álcool, entre o sangue e o pulmão ocorre nos alvéolos. Cada pulmão contém vários milhões de alvéolos. Se o ar do pulmão profundo não for expirado no dispositivo, a amostra de ar expirado pode ser diluída com uma concentração de álcool mais baixa. Os instrumentos geralmente requerem que uma pessoa sopre por um período mínimo de tempo para garantir que o ar seja capturado dos pulmões profundos.

Existem dois tipos principais de BATs usados ​​hoje. O primeiro tipo usa luz infravermelha para detectar o teor de álcool. Este dispositivo passa uma amostra de respiração através de uma faixa estreita de luz infravermelha definida para uma frequência absorvida pelo álcool. A quantidade de luz infravermelha não absorvida pelo álcool indica a concentração de álcool no hálito.

O segundo tipo de dispositivo usa células de combustível (que dependem de reações químicas) e é o BAT mais comumente usado. O álcool na respiração de uma pessoa é a energia para a célula de combustível. Quanto maior a concentração de álcool no ar expirado, mais eletricidade será gerada. O dispositivo mede a intensidade da corrente para determinar o teor de álcool no sangue / respiração (TAS).

A célula de combustível em si varia apenas ligeiramente de produto para produto e é um componente que os fabricantes compram de fornecedores externos. Em uma célula a combustível, dois eletrodos são imersos em um eletrólito líquido, uma substância que conduz eletricidade. Um eletrodo é um condutor elétrico sólido através do qual uma corrente elétrica entra ou sai. Os eletrodos são revestidos com uma camada de platina e possuem poros muito finos. Entre os eletrodos está a fina camada de eletrólito. O álcool é puxado para a célula de combustível por uma bomba e escoa através dos eletrodos, onde é quimicamente convertido. O combustível resulta em um fluxo de eletricidade entre os eletrodos.

O álcool encontrado nas bebidas alcoólicas é o álcool etílico, também conhecido como etanol. A estrutura molecular do etanol tem quatro tipos principais de ligações:carbono para oxigênio, carbono para carbono, carbono para hidrogênio e oxigênio para hidrogênio. Em um testador de célula de combustível, o material de platina nos eletrodos atua como um catalisador químico e ioniza os átomos de hidrogênio, removendo seus elétrons. Os átomos de hidrogênio agora são positivos. Nessa conversão química (que ocorre no topo da célula a combustível), os átomos de hidrogênio se movem para baixo na célula a combustível e se combinam com o oxigênio. Água é formada e um elétron por molécula de hidrogênio positiva é absorvido. Agora, há mais elétrons na parte superior da célula do que na parte inferior. As duas superfícies são conectadas eletricamente por meio de um fio. Os elétrons fluem através do fio do eletrodo de platina. O fio é conectado a um medidor de corrente elétrica e ao eletrodo de platina do outro lado. O resultado é uma corrente neutralizante que flui pela célula de combustível. A corrente indica a quantidade de álcool consumida pela célula a combustível. Quanto mais combustível (álcool) estiver presente, maior será a corrente.

História

Desde a época de Hipócrates (c. 430 a.C. ), os médicos sabem que a respiração humana pode fornecer pistas para um diagnóstico médico. A respiração é uma forma precisa de medir a alcoolemia de uma pessoa porque o sangue passa pelos pulmões, o local das trocas gasosas. As moléculas de álcool são transferidas do sangue para o pulmão, o ar expelido em uma respiração.

Em 1938, o primeiro BAT foi desenvolvido pelo Dr. R. N. Harger e denominado Drunkometer. O ano de 1941 trouxe o Intoxímetro inventado por Glenn Forrester e depois o Alcometer desenvolvido pelo Professor Leon Greenberg. Essas máquinas calculavam o álcool no sangue para respirar os níveis de álcool de amostras de ar pulmonar profundo. A única maneira de determinar a alcoolemia antes desses instrumentos era por meio de exames de sangue ou urina. Esses métodos eram demorados e caros. Em 1954, o bafômetro foi inventado pelo policial do estado de Indiana, Robert Borkenstein. Era um tipo de dispositivo de teste de álcool portátil e durável que se tornou o instrumento escolhido pela polícia em todo o país.

Os primeiros testadores de álcool no hálito exigiam que a pessoa testada enchesse um balão. Isso garantiu que uma amostra de ar profundo do pulmão fosse coletada. O ar do balão era então liberado sobre produtos químicos fotoelétricos que mudavam de cor na presença de álcool; quanto mais profunda for a mudança de cor, maior será o teor de álcool. Este dispositivo foi freqüentemente contestado em tribunal porque poderia produzir resultados falsos. Por exemplo, se uma pessoa usou um anti-séptico bucal contendo álcool antes de fazer o teste, isso poderia resultar em uma alcoolemia mais elevada.

Na década de 1980, os testes de respiração química raramente eram usados. Os suspeitos desafiavam continuamente os resultados e os tribunais os rejeitavam. Os fabricantes se concentraram em melhorar a precisão, velocidade e facilidade de uso de combustível e infravermelho.

Matérias-primas

Os testadores de álcool respiratório de célula de combustível são compostos principalmente de uma célula de combustível, bomba, bocal, placa de circuito impresso (PCB) e uma tela de cristal líquido (LCD) ou diodo emissor de luz (LED), todos contidos em uma caixa de plástico geralmente feita de baixo plástico de polietileno de densidade (LDPE), polipropileno (PP) ou poliestireno (PS). A célula de combustível é feita de dois eletrodos revestidos de platina e um material eletrolítico permeável. A bomba é feita de vidro e náilon e usada para puxar o álcool para o BAT. No coração do BAT está o PCB que controla toda a unidade. O microprocessador contém a codificação que o BAT usa para realizar as funções. O dispositivo também usa um LCD ou LED para apresentar instruções ao usuário, incluindo os resultados ou mensagens de erro em potencial.

Design

Os dispositivos de teste de respiração por infravermelho e por célula de combustível são usados ​​em três tipos diferentes de instrumentos:testadores de álcool de prova, de triagem e passivos. Os BATs evidenciais coletam amostras da respiração de uma pessoa. Os resultados são precisos o suficiente para que as evidências coletadas possam ser usadas em um tribunal. Em sua maioria, esses dispositivos são grandes - do tamanho de um computador desktop - e ficam no departamento de polícia. Os BATs de triagem são normalmente os testadores BAC mais usados ​​devido à sua precisão e portabilidade (eles têm o tamanho de uma calculadora de bolso). Esses testadores BAC exigem que uma pessoa sopre no dispositivo e ele lê passa, falha ou fornece uma leitura digital do BAC da pessoa. BATs passivos também são dispositivos portáteis, mas não requerem nenhuma ação por parte do suspeito. O dispositivo coleta amostras do ar ao redor de uma pessoa.

O processo de fabricação

1. O primeiro passo na produção de uma BAT de célula de combustível é fabricar a caixa. Um testador de álcool expiratório de célula de combustível. Pellets de plástico - LDPE, PP ou PS - são alimentados em um funil e aquecidos até serem totalmente liquidificados.
2. A tremonha então libera o líquido viscoso em um molde de injeção de plástico. Neste processo, o plástico é derramado em uma matriz que tem o formato da caixa desejada. Depois que o líquido preenche a matriz, ela é fechada e qualquer excesso de material é drenado. Depois que o dado esfria, ele se abre e a caixa é ejetada.
3. O PCB é feito de uma resina epóxi de fibra de vidro com uma bobina de cobre ligada a um ou ambos os lados. Estes chegam montados na fábrica.
4. Duas molas são soldadas ao PCB que se conectarão às baterias. Quando a caixa é fechada, o compartimento da bateria na caixa se alinha com as molas para que as baterias estejam prontas para caber no compartimento.
5. A bomba é o que atrai a respiração de uma pessoa dentro do dispositivo de teste para a célula de combustível. O fabricante usa um motor de três volts, cilindro Pyrex, pistão de náilon e um parafuso de chumbo de aço inoxidável. A bomba gira o parafuso de aço inoxidável e o parafuso move os pistões para frente e para trás, forçando a respiração através da célula de combustível. Pyrex é um vidro resistente ao calor e a produtos químicos. O pistão de náilon é um cilindro ou disco sólido que se encaixa perfeitamente no cilindro. Um o-ring, um pequeno anel feito de borracha ou plástico, é colocado manualmente na ranhura do pistão. O pistão é então ligeiramente lubrificado e encaixado no cilindro Pyrex. Os trabalhadores certificam-se de que as peças estão bem unidas. Em seguida, eles prendem o motor e o parafuso de avanço à bomba com parafusos.
6. Depois que a bomba é montada, ela é testada em um gabarito de teste, uma engenhoca que os fabricantes constroem para testar os produtos. Cada fabricante tem seu próprio gabarito de teste exclusivo, mas o objetivo é o mesmo para todos:garantir que a bomba possa fazer o ciclo adequado de ar dentro e fora várias vezes. Os trabalhadores engancham a bomba em uma máquina que libera ar por meio da bomba cerca de 200 vezes. Eles monitoram a corrente de ar que passa pela bomba e se certificam de que está dentro das especificações. As especificações requerem uma determinada quantidade de ar que se move através do dispositivo.
7. Assim que a bomba estiver concluída, o resto das peças são montadas na caixa de plástico. O PCB é parafusado manualmente na caixa. Em seguida, o LCD é conectado ao PCB. O LCD possui um conector em um lado. O conector é preso a uma tira flexível que consiste em fios e um pedaço plano de material semelhante a uma fita. Os trabalhadores empurram o conector no PCB e ele se encaixa no lugar.
8. Em seguida, os trabalhadores prendem a célula de combustível pré-montada ao resto dos componentes BAT. A célula de combustível é conectada a um bloco de portabilidade. O bloco de entrada é o encanamento do dispositivo (um pequeno tubo de plástico por onde a amostra de ar se move à medida que se dirige para a célula de combustível). Os trabalhadores prendem a célula de combustível ao bloco de portas com quatro parafusos. O bloco de portas é então fixado ao microprocessador com dois parafusos. A bomba é conectada ao bloco de portas com um pedaço de tubo de silicone. A tubulação conecta a bomba ao conjunto de portas.
9. Assim que o BAT estiver completamente montado, os fabricantes precisam inserir medições no dispositivo. Os fabricantes configuram o dispositivo por um processo denominado calibração. A calibração é o processo de configurar o BAT para um nível de álcool padrão conhecido, a fim de medir com precisão a concentração de álcool no ar expirado. O BAT coletará uma amostra de um gás de teste ou solução com uma concentração de álcool conhecida, chamada de padrão de álcool. Uma vez testado, o BAT irá automaticamente Um exemplo de como funciona um testador de álcool no ar expirado de célula de combustível. ajuste todos os parâmetros internos para fornecer medições precisas.
10. Após os BATs serem testados, eles são embalados e enviados para o atacadista ou diretamente para clientes individuais.

Controle de qualidade

Cada BAT tem um teste de autodiagnóstico embutido no PCB. Os fabricantes testam todas as funções do dispositivo. As unidades passam por simuladores e são testadas repetidamente. Os fabricantes podem executar um ciclo de 50 testes de uma vez. Por exemplo, o PCB está programado para emitir um bipe quando o dispositivo detecta entrada de ar pulmonar suficientemente profundo. Ele também é programado para representar graficamente o ar que está sendo soprado.

Os fabricantes injetam uma quantidade conhecida de ar na máquina para testar várias funções ao mesmo tempo.

Quando os fabricantes concluem seus testes, eles enviam seus produtos para o Departamento de Transporte dos Estados Unidos. O Departamento de Transporte deve aprovar um dispositivo antes de colocá-lo em sua lista de Produtos Conformes. Em termos de aplicação da lei, os estados são obrigados a comprar apenas dispositivos da lista de Produtos em Conformidade. As agências governamentais também comprarão dispositivos somente daqueles aprovados pelo Departamento. Como esses mercados são a grande maioria dos dispositivos de teste de álcool vendidos nos Estados Unidos, os fabricantes enviam regularmente seus produtos a um escritório do Departamento de Transporte para aprovação. O Departamento de Transporte testa o desempenho do dispositivo. Os funcionários do laboratório usam uma solução úmida ou gasosa com uma concentração conhecida de álcool. Se estiver usando um banho úmido, o dispositivo é conectado a um instrumento chamado simulador de banho úmido. A solução é colocada no simulador e o instrumento aquece automaticamente a solução a uma temperatura de 93 ° F (34 ° C). O simulador possui uma porta de saída de gás. Os trabalhadores conectam um adaptador de bocal à porta e, em seguida, conectam o bocal de Bat ao adaptador de bocal. O vapor é empurrado do simulador de amostra úmida para o BAT a uma taxa constante ao longo do ciclo. Os trabalhadores então programam a unidade para 0,01. Os testadores podem determinar a concentração exata de álcool que sai da solução conhecendo a temperatura. O simulador empurra o vapor através do dispositivo e os testadores comparam o que o dispositivo lê com a concentração alcoólica conhecida. Os BATs devem atender às especificações definidas pelo Departamento. Por exemplo, entre as exigências feitas pelo Departamento de Transporte está que o dispositivo deve distinguir o álcool da acetona quando o álcool está no nível 0,02. Os funcionários do laboratório repetem o teste cerca de 200 vezes, usando diferentes condições de teste. Eles variam a temperatura conhecida de frio a quente, como 50'F, 68 ° F e 86 ° F (10 ° C, 20 ° C e 30 ° C).

O Departamento de Transporte também garante que o pessoal de fiscalização use com precisão o dispositivo de teste de álcool. O pessoal responsável pela aplicação da lei deve ser aprovado em uma certificação que conduza o teste de álcool no hálito pelo governo estadual ou local.

O Futuro

O objetivo é fabricar dispositivos portáteis que possam coletar evidências na hora. Para conseguir isso, há um movimento crescente em direção à fabricação de dispositivos de célula a combustível a álcool. Ao contrário dos dispositivos infravermelhos de álcool, os testadores de células de combustível são muito mais baratos. Sua precisão e facilidade de uso são comparáveis ​​aos testadores infravermelhos.

O desejo por BATs de mão feitos para o mercado de consumo individual também está crescendo. As pessoas que desejam saber se estão acima do limite legal de álcool podem fazer o teste com esses BATs. Os estabelecimentos que vendem álcool também são um mercado potencial para esses dispositivos. Esses produtos são aproximadamente do tamanho de uma lanterna e muito mais baratos do que os dispositivos voltados para profissionais. Eles não são tão precisos quanto outros dispositivos de teste, mas têm a vantagem de facilidade e custo.

Os policiais são um dos principais grupos que costumam usar dispositivos de teste de bafômetro para garantir que os motoristas não estejam sob a influência do álcool. Esses dispositivos também são usados ​​para garantir que o abuso de álcool não ocorra no local de trabalho. O Departamento de Transporte dos Estados Unidos exige testes de álcool para milhões de funcionários sensíveis à segurança nos setores de transporte rodoviário, aéreo, ferroviário, de trânsito e marítimo. O teste desses funcionários é administrado aleatoriamente. Empresas não regulamentadas estão aplicando cada vez mais testes de álcool em seus funcionários.

Em 2001, a maioria dos estados tinha um limite legal de 0,1 BAC, com alguns estados aplicando um 0,08. Isso se traduz no BAC não superior a 10 ou 8 mg por 100 ml de sangue.

Onde aprender mais

Livros

Considine, Douglas M., ed. Van Nostrand's Scientific Encyclopedia. 8ª ed. Nova York:International Thomson Publishing Inc., 1995.

Periódicos

Centro Nacional de Estatística e Análise. Estimativas de acidentes fatais e acidentes com veículos motorizados para 2000, 2000 Avaliação anual de acidentes com veículos motorizados.

Outro

"Sobre testes de respiração." Página da Web da Menssanna Research, Inc. Dezembro de 2001. .

Craig C. Freudenrich. "Como funcionam os bafômetros." Página da Web de How Stuff Works. Dezembro de 2001. .

Página da Life Loc Technologies, Inc. Dezembro de 2001. .

M. Rae Nelson

Brandy Marcador