水分對(duì)呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀量值影響分析

柳竹青 夏賢君 潘俊

【摘 要】呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀是檢測(cè)人體呼出氣體酒精含量的計(jì)量儀器，在按國家檢定規(guī)程檢定該儀器時(shí)所配制的酒精氣體為不含水分的“干氣”，而在實(shí)際使用中，該儀器實(shí)際測(cè)量的都是含一定水分的“濕氣”，檢定用的“干氣”和實(shí)際用的“濕氣”的酒精含量有多少差別，對(duì)儀器示值有多大影響，文章將通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證。

【關(guān)鍵詞】檢定;水分;酒檢儀;干氣;濕氣;呼出氣體酒精含量（BrAC）;血液中酒精含量（BAC）

【中圖分類號(hào)】TH83 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）06-0124-02

0 引言

呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀（簡稱酒檢儀）是公安部門用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)車輛駕駛?cè)藛T攝入酒精含量的主要執(zhí)法工具，也是現(xiàn)場(chǎng)出具執(zhí)法憑證的唯一手段。該設(shè)備是被國家質(zhì)檢總局列入執(zhí)法類強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，所以對(duì)其進(jìn)行周期檢定尤為重要。在《呼出氣體酒精含量探測(cè)器檢定規(guī)程（JJG 657—2006）》中，酒檢儀的檢定方法是采用質(zhì)量流量動(dòng)靜相結(jié)合的配制方法，利用MF-3B型液態(tài)有機(jī)氣體配氣裝置配制成相應(yīng)的乙醇標(biāo)準(zhǔn)氣體作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢定。但該裝置配制出來的氣體是“干氣”（Dry gas），通過將貯存不同濃度的“干氣”（Dry gas）的氣袋依次通入酒檢儀，讀得相應(yīng)各個(gè)氣袋“干氣”的濃度示值，從而對(duì)酒檢儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后再進(jìn)行檢定，確保酒檢儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及具有溯源性。但酒檢儀在交警執(zhí)法部門的實(shí)際使用中，它檢測(cè)的對(duì)象是人，它所檢測(cè)的是含有一定量水分的人體內(nèi)呼出的氣體，即“濕氣”（moisture），那么這兩種氣體之間的水分含量不一致，是否會(huì)對(duì)檢定結(jié)果造成影響，是否會(huì)影響酒檢儀校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，本文將通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證。

1 酒檢儀及其工作原理

酒檢儀作為非侵入式檢測(cè)設(shè)備，能夠直接測(cè)量人體內(nèi)肺部深處酒精的氣體濃度，測(cè)示值能根據(jù)國際通用標(biāo)準(zhǔn)“血液：呼氣比”（blood：breath ratio）[1]直接換算成血液中的酒精濃度，不同的國家認(rèn)可的“血液：呼氣比”并不完全相同，在我國，這個(gè)換算值是1∶2 200，假如人體呼出氣體酒精含量（BrAC）為0.472 mg/L，則血液中酒精含量（BAC）如下：

CBAC=CBrAC×2 200 mg/L=1 038.4 mg/L≈103.8 mg/100 mL （1）

酒檢儀依據(jù)檢測(cè)傳感器工作原理可分為半導(dǎo)體型、燃料電池型和紅外線型[2]，由于價(jià)格和使用性能等因素，目前我國公安部門大多采用的是燃料電池型呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀，它屬于電化學(xué)類型，以白金為電極，將進(jìn)入燃燒室內(nèi)的酒精氣體充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，待測(cè)氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律[3]，該類型酒檢儀計(jì)量準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好，通過測(cè)定輸出電流的大小就可以確定待測(cè)氣體的酒精濃度。

2 檢定細(xì)節(jié)研究及結(jié)果比較

檢定裝置由液態(tài)有機(jī)氣體配氣裝置、采樣泵裝置、微量進(jìn)樣器、氣袋等設(shè)備組成。該裝置動(dòng)態(tài)配氣具有出氣量大、配氣精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。工作原理如下：通過秤量一定質(zhì)量的無水乙醇酒精，將其注入溫度為105 ℃的氣化室內(nèi)進(jìn)行氣化，并配以一定容量的純凈空氣，制成所需要的標(biāo)準(zhǔn)酒精氣體。根據(jù)無水乙醇質(zhì)量和配制氣體總體積可計(jì)算得出所配制氣體的酒精濃度，計(jì)算公式如下：

C酒=m/V= ?（2）

公式（2）中，m為無水乙醇質(zhì)量，v1為無水乙醇提取體積，ρ1為無水乙醇密度，δ%為無水乙醇體積分?jǐn)?shù)，V為配制氣體總體積，C酒為標(biāo)準(zhǔn)酒精氣體濃度;乙醇純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW06112，體積分?jǐn)?shù)為99.8%，不確定度為0.3%，k=2。

根據(jù)《呼出氣體酒精含量探測(cè)器檢定規(guī)程（JJG 657—2006）》要求，利用標(biāo)準(zhǔn)配氣裝置配制出濃度為0.472 mg/L的酒精氣體作為本次實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)參照值。在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員利用微量進(jìn)樣器抽取12 μL濃度為99.8%的無水乙醇注入配氣裝置中配制成濃度為0.472 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)“干氣”1袋（標(biāo)定為1號(hào)氣袋），在同樣條件下再配制3袋標(biāo)準(zhǔn)氣體，配氣期間注入12 μL無水乙醇之后，分別注入1 g、5 g、10 g純水（相應(yīng)標(biāo)記為2、3、4號(hào)氣袋），由于燃燒室內(nèi)溫度高達(dá)115 ℃，可直接將純水氣化，制成3袋不同濕度的乙醇?xì)怏w。將4個(gè)氣袋各自靜置20 min后，當(dāng)2、3、4號(hào)氣袋水汽與乙醇?xì)怏w充分混合后，再用標(biāo)準(zhǔn)酒精測(cè)試儀TP1125型酒檢儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量6次取其平均值，最后進(jìn)行結(jié)果對(duì)比論證。在室溫為25 ℃、濕度為65%的環(huán)境條件下，氣袋內(nèi)濕度值用絕對(duì)濕度表示，我們假設(shè)1號(hào)氣袋的“干氣”的絕對(duì)濕度為0，則2、3、4號(hào)氣袋的絕對(duì)濕度可用如下公式算出：

ρw=e/（Rw×T）=m/V（3）

公式（3）中，m為各純水質(zhì)量，V為配制氣體總體積（20 mL），ρw為絕對(duì)濕度。

已知各通入氣袋純水質(zhì)量及配制氣體的總體積，可計(jì)算出相應(yīng)2、3、4號(hào)氣袋的絕對(duì)濕度值分別為0 mg/L、50 mg/L、250 mg/L、500 mg/L。

3 水分影響及結(jié)果分析

1、2、3、4號(hào)氣袋的水分影響及結(jié)果分別見表1～表4。

根據(jù)各表中的數(shù)據(jù)，各組氣袋檢測(cè)平均值差值必須滿足公式（4）：

C標(biāo)-C≤ ×Urel×C （4）

公式（4）中，Urel為呼出氣體酒精含量探測(cè)器檢定裝置中的不確定度，Urel=3.4%，則

1 g純水差值：

0.475-0.476=0.001≤0.023 （5）

5 g純水差值：

0.475-0.474=0.001≤0.023 （6）

10 g純水差值：

0.475-0.474=0.001≤0.023 （7）

數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果表明，除去人為操作引入的誤差，相同標(biāo)稱濃度的氣體在酒檢儀上的讀數(shù)幾乎一致，且在加入純水之后，其濃度平均值滿足公式（4）的要求，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明酒精氣體水分含量的大小對(duì)酒檢儀檢定結(jié)果的影響微乎其微。

4 結(jié)語

通過對(duì)酒檢儀的“干氣”“濕氣”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知，標(biāo)準(zhǔn)酒精氣體的水分含量不會(huì)影響酒檢儀的示值變化，對(duì)檢定校準(zhǔn)結(jié)果的影響也微乎其微。酒檢儀在相同濃度下檢定示值的變化誤差主要來自操作人員的人為控制誤差，所以檢定人員在周期檢定過程中，要不斷提高自身的檢定水平，注意相關(guān)檢定事項(xiàng)及細(xì)節(jié)，確保酒檢儀的計(jì)量準(zhǔn)確性。此外，由于研究人員水平有限，試驗(yàn)條件有限，因此本次研究不能面面俱到，不妥之處請(qǐng)廣大同行批評(píng)指正，共同對(duì)呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀的檢定展開更深層次的研究，為相關(guān)執(zhí)法部門提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王維康，王顯建，鄭宏昌，等.呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀溯源技術(shù)探討[J].計(jì)量技術(shù)，2015（7）：20-23.

[2]孫琳，毛森，李佳，等.呼出氣體酒精探測(cè)器測(cè)量結(jié)果影響因素探討[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，43（9）：52-

53.

[3]朱海華.基于電化學(xué)酒精傳感器的高準(zhǔn)確度酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)[J].電子器件，2013，36（4）：564-567.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]