人体血液、尿液、唾液及呼出气体中乙醇含量检测研究进展
杨中元，崔震，周婧，韩博，高捷，朱建强，黄春荣，郭波
（1.山东省计量科学研究院，济南 250014；
2.烟台市蓬莱区检验检测中心，山东烟台 265600）
乙醇会削弱中枢神经系统的功能，抑制作用由浅入深，可出现一系列的精神与神经系统症状，使大脑的活动变得迟缓[1-2]。如果饮酒后驾车，人体会因乙醇的麻醉作用，触觉能力较平时降低。当驾驶人员血液中乙醇含量达到（50 mg）/100 mL 时，会出现注意力无法集中，驾驶能力包括感知、判断及操作能力会有不同程度的减弱[3-7]；
当血液中乙醇含量达到（80 mg）/100 mL 时，驾驶车辆发生交通事故的几率是不饮酒时的2.5 倍；
当血液中乙醇含量达到（100）mg/100 mL 时，风险程度将达到5 倍[8-9]。现阶段我国已经将酒后驾驶纳入刑法当中[10]，根据车辆驾驶人员血液中乙醇含量的多少分为饮酒后驾车和醉酒后驾车两种驾驶行为类别。由于不同类别的驾驶行为量刑有很大差距，因此需要准确检测驾驶人员体内乙醇的含量，在提供相应违法证据的同时避免出现因为测量不准确带来误判[11]。
当乙醇进入人体后，会经由各个循环系统在组织器官之间达到动态平衡状态，血液、尿液、唾液以及呼出气体中的乙醇含量会成一定的比例关系[12]，因此现在均是采集血液、尿液、唾液以及呼出气体的生物样本进行乙醇含量的检验。
1.1 血液乙醇含量检验
血液中乙醇含量的检测包括化学分光比色法、酶法、气相色谱法等多种不同检测原理的方法[13-15]，这些检测方法测量的准确性和精度各不相同，检测方法的选择直接影响检测结果。其中车辆驾驶人员血液乙醇含量检测按照国家标准GA/T 1073[16]和GA/T 842[17]规定，采用顶空气相色谱法作为人体血液中乙醇含量测定的司法证据性标准检测方法。
1.1.1 顶空气相色谱法
顶空气相色谱法[18-19]利用乙醇的易挥发性，用顶空气相色谱氢火焰离子化检测器(HS-GC/FID)进行检测。其检测过程是将含有乙醇的血液样品和叔丁醇内标工作液混合，置于顶空进样器的样品瓶中，于65℃恒温加热后，用注射器吸取加热后瓶内液面上气体进样到气相色谱仪中；
经与平行操作的乙醇标准物质进行比较，通过乙醇和叔丁醇色谱峰的保留时间及色谱峰面积进行定量。张伟等[20]采用顶空气相色谱法检测血液中的乙醇含量，结果表明该方法具有分离效果好、检测时间短的优点，乙醇的保留时间为3.482 min，叔丁醇的保留时间为4.394 min，单个样品的检测时间在5 min 以内，标准曲线线性良好，准确度高。邹黎等[21]分析比较了内标法和外标法检测血液中乙醇含量时的不同，对精密度指标的分析结果显示内标法精密度要高于外标法，其检测结果更加精确可靠；
外标法比较内标法的优势在于其检测时间短，操作简单。
顶空进样器的应用使乙醇在进入气相色谱仪前就完成与血液中蛋白质等高分子物质的分离，不但节省大量的前处理操作，且避免了直接进样时残留的血液蛋白会造成色谱柱和进样针堵塞的问题[22]。
1.1.2 酶法
酶法是模拟乙醇在体内的代谢过程，基于醇脱氢酶催化乙醇反应，利用比色法测定产生的代谢产物或衍生物的吸光度变化，间接测定试样中的乙醇含量[23]。根据使用酶的种类主要分为两大类，即乙醇脱氢酶法和乙醇氧化酶法。由于酶促反应的专一性，在检测过程中可避免样品中众多共存组分的干扰，减少预处理过程。
1.1.3 化学分光比色法
化学分光比色法的原理是在酸性水溶液中，乙醇可被重铬酸钾氧化，在一定波长处有最大吸收特征，用分光光度计测定溶液中乙醇含量。采用重铬酸钾与乙醇发生的氧化还原反应检测血液中乙醇含量，在一定范围内乙醇含量与反应后的吸光度成线性关系，因此可用该方法测量血液样品中的乙醇含量。张建夫等[24]建立了测定乙醇含量测定的新方法，通过对反应温度、时间、酸度等进行优化，在波长为522 nm 处，得出最优条件为：反应温度100℃，反应时间10 min，浓硫酸10 mL。用化学分光比色法测量血液中乙醇含量，操作简单方便，但其准确性低，检测过程中易受外界影响的缺点也非常明显。
1.2 尿液乙醇含量检验
尿液乙醇含量检验方法是通过提取车辆驾驶人员的尿液样品，由具有相应资质的鉴定机构进行检测，检测方式按国家标准GA/T 1073 中要求的顶空气相色谱检验方法。人饮酒后，最大尿液乙醇浓度出现在酒后90～150 min。虽然尿液中乙醇含量也可以实现定性、定量的分析，但由于人体尿液只是一段时间内膀胱汇集尿液的总量，检测出的乙醇含量并不能准确反映出人体乙醇含量值，因此在交通执法中很少使用检测尿液中乙醇含量的方式。
1.3 唾液乙醇含量检验
唾液乙醇含量检测[25]是将乙醇酶试纸条与唾液充分接触，观察纸条上反应垫的颜色，如反应垫发生明显的颜色变化，表明受测试者的唾液中存在一定浓度的乙醇，显示的颜色的程度与乙醇含量的浓度正相关，即颜色越深，浓度越高。当反应时间超过30 s 后，观察结果可能不准，不被采信。据研究表明，唾液中乙醇含量与血液中乙醇含量的比值大约是1.07[26-27]。此种检测方法极易受外界干扰，如大量饮水后的唾液其中的乙醇含量会有很大差别，因此国际上只是将该检测方法用于驾驶者是否饮酒的初步定性判断。唾液乙醇含量测试方法操作简便、无创，可用于定性，但不能定量。
1.4 呼出气体乙醇含量检验
呼出气体乙醇含量检测是指使用呼出气体乙醇含量检测仪将气体中的乙醇浓度并转化为电信号，从而检测出人体中乙醇含量的一种方法。乙醇在血液中的扩散遵从亨利定律，即在一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度(用摩尔分数表示)与该气体的平衡分压成正比。呼出气体乙醇含量检测仪在使用时有两种模式：测量模式下，酒检仪的测量结果单位用 mg/100 mL (血液乙醇含量，即 BAC)表示；
维护模式下，酒检仪的测量结果单位用 mg/L (呼气中乙醇含量，即BrAC)表示；
BAC与 BrAC 之间的换算关系为BAC=BrAC×2 200，换算关系应在酒检仪表面或产品使用说明书上注明[28]。同时表明，1 mL血液中乙醇的含量大约与2 200 mL 呼出气体中乙醇的含量相同。
呼出气体乙醇含量检测仪所使用的传感器原理有多种，常用的有电化学型(燃料电池型)、半导体型和红外型[29-30]。电化学法是通过氧化还原反应将化学能转化为电能检测乙醇含量的。该方法的仪器稳定性好、操作简单，但当气体中含有其它醇类物质时，检测结果的准确性会收到影响，该方法的仪器造价较高，难以普及。红外光谱法是利用乙醇特征红外谱线，通过光学器件分析出特定波长下光强度的变化，从而检测出呼出气体中乙醇的含量。该方法检验结果稳定，抗干扰能力强。半导体法的原理是采用二氧化锡半导体作为传感器，通过加热乙醇使金属线圈电阻值发生变化，由微处理器将相应信号转换成对应的乙醇浓度。半导体型呼气乙醇检测仪体积小，简单便宜，但检测结果误差较大，只作为一般的定性检测。
呼出气体乙醇含量检测方法可以实现乙醇的定性、定量分析，仪器具有操作简单、稳定性好、体积小等优点，非常适合交通执法人员现场检测。但在实际现场执法过程中，由于现场环境的复杂性以及容易受到多种气体的干扰，容易导致检测结果不准确，从而对执法带来影响。
计量溯源是确保测量结果数据有效的可靠保障，有效的溯源方式在改进检测方法、提高检测准确度、保证检测结果的有效性方面具有重要意义。人体中乙醇含量检测的方法多种多样，对计量溯源性的要求非常高，在监督执法工作中，只有使用经过溯源并计量确认合格的设备进行检测才能保证执法行为的公正性。
2.1 血液、尿液乙醇含量检验溯源
车辆驾驶人员血液或尿液中乙醇含量的检测按照GB 15922[31]中的规定使用气相色谱仪（氢火焰离子化检测器）进行检测。溯源的方法是使用国家有证标准物质对仪器的稳定性和准确性进行验证，从而保障在不同的时间和空间对乙醇的含量进行有效测量，保证测量结果的可比性和有效性。赵迎晨等[32]采用重量-容量法配制水中乙醇溶液标准物质，研制出质量浓度分别为0.105、0.203、0.500、0.801、1.00、2.00、3.00、4.00 mg/L 的系列标准溶液，其均匀性和稳定性检验良好，已获批为国家二级标准物质。目前，我国水中乙醇标准物质已由包括中国计量科学研究院在内的多家机构研制并应用，改变了以往只能使用进口高价有证标准物质的状况。
血液中乙醇含量的检测，酶法和化学分光比色法除样品处理过程不同外，数据结果处理均使用分光光度计，其溯源根据国家计量检定规程JJG 178—2007的要求进行。
2.2 呼出气体乙醇含量检验溯源
车辆驾驶人员呼出气体中乙醇含量使用呼出气体乙醇含量检测仪进行检测。国家JJF 1785《呼出气体乙醇含量检测仪型式评价大纲》[33]和JJG 657《呼出气体乙醇含量检测仪检定规程》[34]的发布实施，保证了呼出气体乙醇含量检测仪测量数据的准确性和溯源性。目前国际使用的量值溯源方法包括空气中乙醇气体标准物质和空气中乙醇气体发生源（发生装置或钢瓶气）[35]。
2.2.1 空气中乙醇气体标准物质
钢瓶装的空气中乙醇气体标准物质中水分浓度非常低，该方法也被称为干式。人体呼出的气体中含有大量的水汽，这一点与空气中乙醇气体标准物质差异巨大，Silberman等[36]证明气体中的水分并不会对乙醇含量的检测结果造成影响。
空气中乙醇气体标准物质具有良好的量值稳定性和溯源性，使用过程中具有储存方便、易于携带的优点。其缺点也十分明显，乙醇气体标准物质配制成本高，生产周期长，有效期短，出气口温度与人体环境相比有一定差异，会影响检测结果的准确性。
2.2.2 空气中乙醇气体发生源
乙醇气体发生源采用动态饱和鼓泡法对高纯度液态乙醇连续鼓泡使乙醇汽化，随后与载气混合，稀释成不同浓度的乙醇气体标准物质，通过控温，保证产生的气体温度维持在（34 ± 0.5）℃，乙醇气体发生源通过精密乙醇检测仪溯源至空气中乙醇国家一级有证气体标准物质。乙醇气体发生源产生的标准气体相对湿度接近100%，因而该法也被称作湿式。
乙醇气体发生源装置在很大程度上还原了乙醇在人体肺泡中的扩散过程，但产生的乙醇气体浓度不等于溶液中乙醇浓度，在一定浓度范围内正相关，随乙醇气体不断产生，乙醇溶液浓度会发生变化，导致产生的乙醇气体浓度变化[37]。在实际使用中，应溯源至空气中乙醇国家一级有证气体标准物质。
对人体血液、尿液、唾液及呼出气体中乙醇含量检测方法进行综述。快速、准确地检测车辆驾驶人员在事发时体内的乙醇含量，对于维护司法公正具有重要的意义。随着新型仪器的产生和检测方法的不断改进，检测机构应根据相关国家标准选择合适的检测仪器，同时应有专业的计量技术准确评判仪器性能指标，保障仪器量值准确和溯源性。
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