음주측정기의 원리를 찾아라

운전석에 앉은 김대리. 박대리는 걱정스러운 얼굴로 옆에 앉는다. 김대리의 얼굴은 빨갛게 달아올라 있다. 박대리가 말한다. “술을 그렇게 먹고 어떻게 운전하겠다는 거야? 그냥 대리 운전 시키자” “나 조금뿐이 안 먹었어! 봐봐 나 멀쩡하잖아” 박대리를 바라보는 김대리의 눈동자가 초점이 흐리다. 박대리가 한숨을 쉬고 말한다. “기다려봐. 내가 대리 운전 알아볼게” 박대리는 몸을 돌려 손잡이를 잡고 문을 여는 순간 자동차가 출발한다. 그로인해 몸이 기우뚱거리며 뒷좌석에 머리를 박는다. “아이쿵~ 갑자기 출발하면 어떡해!” “룰루 랄라~ 룰루 랄라~” 이미 박대리의 말을 들리지도 않은 김대리는 운전을 한다. 자동차가 이리저리 왔다갔다 비틀거린다. 그때 앞에서 음주측정을 한다. 박대리 깜짝 놀라 말한다. “이런, 음주 측정하잖아!” 김대리 박대리를 보며 방긋 웃으며 말한다. “걱정마~ 내 비장의 무기가 있지” 주머니에서 껌을 꺼내 포장지를 벗기고 씹는다. “껌이 비장의 무기야~” “물론이지, 이것 말고도 이렇게 많이 있지” 주머니에서 뭔가를 꺼내 손바닥을 편다. 초콜릿 과 사탕이 있다. 경찰이 다가와 말한다. “안녕하십니까? 이것을 불어주십시오” 김대리 유쾌하게 웃으며 분다. “네~ 민중의 지팡이님 기꺼이 불지요~” 경찰이 음주측정기를 보더니 말한다 “내리십시오. 당신은 음주측정에서 면허정지로 나왔습니다” 김대리 깜짝 놀라 말한다 “네? 이상하다. 껌을 씹으면 음주측정기에 안 걸린다고 했는데. 도대체 음주 측정기의 원리는 어떻게 되는 걸까?”   우리의 안전을 지키는 음주 측정기의 원리를 알아보자 음주 단속 피하기는 눈 가리고 아옹하기? 음주측정기의 변천과 각각의 원리 알코올이 전기를 만든다고? 음주 단속에도 빠지지 않는 아인슈타인박사? 음주 운전의 위험성을 알면서도 알코올의 영향으로 판단력을 상실하고, 운전을 하려는 운전자들과 공공의 안전을 위해 그들을 가려내려는 경찰관들이 있다. 그 사이에서 중요한 역할을 맡고 있는 것이 음주 측정기이다. 여러 방법을 동원해서 음주 측정기를 속여 보려고 하지만, 냉정하게도 빠르고 정확하게 알코올 농도를 보여 주는 음주 측정기, 과연 어떻게 이런 조그만 장치로 마신 술의 양을 정확히 알아 낼 수 있을까? 지금부터 음주 측정기의 원리와 변천사를 알아보자. 운전을 하거나 하지 않거나, 주변에서 한반쯤은 음주 단속을 피하는 법에 대해서 들어본 적이 있을 것이다. 초콜릿 먹기, 양치질하기, 사탕 먹기, 껍 씹기 등의 다양한 음주 측정기를 속이는 방법이 거론된다. 하지만, 요즘 신형의 음주 측정기는 그 어떤 방법으로도 음주 사실을 속일 수 없다. 그 이유는 음주자들이 이야기하는 방법은 단순히 입에서 나는 냄새만을 감추는 방법들이고, 음주 측정기가 음주량을 측정하는 방법은 호흡 속에 있는 알코올 농도이기 때문이다. 사람이 술을 마시게 되면, 일부의 알코올 성분(약 10%)이 땀, 소변 등으로 배출되고, 나머지는 위와 장에서 흡수되어 처리된다. 이 중에서도 장에서 흡수되어 혈액으로 들어간 알코올은 폐에서 호흡(산소를 받아들이고 이산화탄소를 내보내는 과정)과정과 함께 배출된다. 음주측정기는 바로 위 과정의 내쉬는 숨 속의 알코올 양을 측정해 간접적으로 혈액속의 알코올 농도를 측정한다. 따라서 입에서는 술 냄새가 나지 않아도 음주측정기에 길게 숨을 내뱉으면 폐 속의 알코올이 측정되는 것이다. 이때 혈액속의 알코올 농도는 혈액 100ml 속에 몇 mg의 알코올이 포함되어 있는가를 퍼센트 단위로 나타낸 혈중 알코올 농도를 사용한다. 최초의 음주측정기는 미국의 롤라 N 하거가 만든 「드렁코미터」로, 인디애나 경찰에서 1939년 처음 사용되었다. 이 측정기는 화학적 산화-환원 반응을 이용한 것으로, 풍선처럼 생긴 플라스틱 주머니에 숨을 불어 넣었을 때 변하는 색깔의 정도를 보고 음주 여부를 판독했는데, 풍선 모양의 주머니 안에는 다이크롬산칼륨과 황산을 실리카겔에 흡착시킨 물질이 들어있었다. 술에 들어 있는 알코올은 발효과정에서 만들어진 에탄올의 형태이다. 이 에탄올의 대부분은 몸속에서 아세트산으로 산화된다. 하지만 일부의 알코올은 장이나 위에서 혈액으로 직접 흡수되어 호흡을 통해 몸 밖으로 나오는데, 이렇게 음주자의 날숨에 포함되어 나온 알코올은 주머니 안에 있는 다이크롬산 칼륨과 황산을 만나 산화되면서 오렌지색의 다이크롬산 칼륨을 녹색의 황산 크롬으로 변화시킨다. 이 때의 색깔 변화를 통해 음주 여부를 확인할 수 있다. 그러나 이 반응을 이용하는 측정기는 다음 번 측정을 위해서 녹색인 황산크로뮴산을 다시 오렌지색의 다이크룸산으로 바꿔주어야 하는 불편한 점이 있다. 최근에 사용되는 음주측정기 안에는 백금 전극이 달려 있다. 음주자의 날숨 속의 알코올 분자가 백금 전극의 양(+)극에 달라붙으면 알코올이 전극에 전자를 주고 아세트산으로 산화되는데, 이 과정에서 전류가 발생하여 음극판 쪽으로 흐르게 된다. 내쉬는 숨 속에 알코올 분자가 많으면 그만큼 전자를 많이 줄 수 있고, 그 결과 전류의 세기는 더욱 커진다. 이 전류의 세기를 측정하면 혈중 알코올 농도를 측정 할 수 있다. 이러한 방식의 음주측정기는 알코올의 반응을 통해 전기를 만들어내는 일종의 연료 전지라고 볼 수 있다. 1905년 아인슈타인박사는 자신에게 노벨상을 안겨준 ‘빛의 방출과 변환에 관련된 예시적 관점에 대하여’ 라는 논문을 발표했다. 그 논문에서 아인슈타인 박사는 빛이 고무줄을 튕겼을 때 모양처럼 연속적 에너지를 갖는 파동이 아니라, 일정한 단위의 에너지를 갖는 양자(퀀텀) 일 수 있음을 보였다. 즉, 빛이 알갱이일 수 있다는 것이다. 이로써 파장이 짧은 빛을 금속 표면에 쬐면 전자가 튀어나오는 광전효과가 설명됐다. 음주 측정기에 들어 있는 가스가 알코올과 만나면 보라색이나 파란색 등 파장이 짧은 빛깔로 바뀌고, 이 가스에 들어 있는 빛알(광양자)이 금속 표면을 쬘 때 튀어나오는 전자수, 즉 발생한 전기의 양을 측정하여 혈액 속의 알코올 농도를 측정하게 된다. 이것이 광전효과를 이용한 음주 측정기의 또 다른 종류이다. 이런 과학적 방법으로 정확한 음주 측정이 이루어지고 있다. 단속이 없어 적발되지 않을 수는 있어도, 이렇게 과학적인 단속을 피할 수는 없다. 개인 휴대용 음주 측정기의 등장에 뒤이어, 얼마 전 모 휴대전화 회사에서는 핸드폰에 휴대용 음주 측정기가 달린 모델을 선보였으며, 자동차 회사에서는 자동차 열쇠에 음주 측정기를 달아 음주시 차량의 문이 열리지 않는 열쇠를 선보이기도 했다. < 출처 :kisti의 과학향기, 재미있는 과학실험, 음주측정기의 화학, 음주측정 >