查酒駕時(shí)，交警所使用的酒精檢測(cè)儀工作原理竟是這樣的
發(fā)布時(shí)間：2019-06-18 00:50:33
我們?cè)诼飞祥_車時(shí)應(yīng)該都遭遇過交警檢查酒駕的事情，即使你沒有經(jīng)歷過，也應(yīng)該在電視節(jié)目中見過。而交警能夠迅速辨別你是否酒駕的神秘武器就是他手中的酒精檢測(cè)儀。這是一種神奇的儀器，只要向其中吹氣，它就能在很短的時(shí)間內(nèi)告訴你體內(nèi)酒精的濃度。
它是怎么做到的呢？
第一種測(cè)試呼出氣體的酒精濃度的機(jī)器是由印第安納大學(xué)生物化學(xué)系教授羅拉·哈格發(fā)明的。這種機(jī)器操作起來比較麻煩。首先你要向連著這個(gè)機(jī)器的氣球吹氣，當(dāng)氣球收集到足夠多的氣體后，就會(huì)將氣體釋放到儀器中的化學(xué)溶液里，溶液的顏色會(huì)隨著酒精濃度的變化而變化。其實(shí)這個(gè)儀器中所含有的化學(xué)溶液就是酸性高錳酸鉀溶液，而其中利用的化學(xué)反應(yīng)對(duì)高中生來講都是很熟悉的。乙醇（酒精）還原高錳酸鉀，從而使之褪色，參加反應(yīng)的乙醇濃度越大，最后所得溶液的顏色就越淺，根據(jù)顏色的深淺即可判斷酒精的濃度。
但是這種機(jī)器很快就被“呼吸分析儀”所代替。它是由美國(guó)印第安納州的一名警察——羅伯特·伯根斯坦在1954年發(fā)明的。使用這種機(jī)器時(shí)，受測(cè)者需要對(duì)著一個(gè)管子吹氣，氣體馬上被引入機(jī)器中的反應(yīng)腔內(nèi)，其中放置著一種類似于高錳酸鉀的強(qiáng)氧化劑——重鉻酸鉀，還有硫酸和硝酸銀。受測(cè)者的氣體樣品會(huì)立刻與重鉻酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其中硫酸創(chuàng)設(shè)的酸性氛圍更有利于上述反應(yīng)的進(jìn)行，而硝酸銀主要起到催化劑的作用。反應(yīng)顯現(xiàn)出來的變化時(shí)略帶紅色的橙色重鉻酸根離子被還原為綠色Cr（Ⅲ）離子。氣體中含有的乙醇濃度越大，綠色就越明顯。肉眼能夠很清楚地辨別顏色的轉(zhuǎn)變，但是僅僅依靠眼睛是不行的，作為替代，一般會(huì)用到光度計(jì)分析反應(yīng)腔，通過測(cè)定最終溶液的光譜波長(zhǎng)圖案來確定鉻離子的轉(zhuǎn)化程度。
但是這種酒精檢測(cè)儀存在很多的誤差，其中許多是因?yàn)椴徽_使用造成的?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了兩種更為優(yōu)異的酒精檢測(cè)儀：紅外線分光和燃料電池裝置。
現(xiàn)在使用的最為廣泛的酒精檢測(cè)儀所使用的原理是基于紅外分光譜技術(shù)。待測(cè)樣品放入如圖所示的容器（1），光源（2）發(fā)射一束光線穿過容器并從另外一端（3）射出，然后光線通過濾光器（4），并被分散成不同成分，這些成分被傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器（5）中，探測(cè)器會(huì)測(cè)量出接收到的每一個(gè)波長(zhǎng)分量的光量，這些信息隨后被微處理器（6）轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)以供操作員直接讀取。
分光計(jì)運(yùn)作的物理原理是，每一種原子、分子、離子都會(huì)以唯一方式從入射光中吸收能量。這些粒子吸收能量后會(huì)改變振動(dòng)速率、分子旋轉(zhuǎn)或電子狀態(tài)。所有化學(xué)物質(zhì)都有獨(dú)特的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)并且互不相同，因此，它們從不同波長(zhǎng)吸收的能量也不相同。也就是說，這種裝置得到的吸收光譜如同一種獨(dú)特的指紋，可以用來確認(rèn)特定的化學(xué)物質(zhì)。
如果要利用這個(gè)儀器分析呼吸中的酒精，只需要加上供氣體通行的出入口就可以了。受測(cè)者需要對(duì)著入口（7）吹氣，這些氣體從出口（8）溢出。受測(cè)者呼出氣體中的酒精被滯留在容器中。當(dāng)光線通過容器時(shí)，這些酒精會(huì)以特定方式吸收某些波長(zhǎng)的光線。利用微處理器就能分析這個(gè)獨(dú)特光譜。同時(shí)通過測(cè)量光譜強(qiáng)度還能確定受測(cè)者呼出氣體中的酒精濃度。
還有一種新型的酒精檢測(cè)儀是基于燃料電池原理。燃料電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在這個(gè)燃料電池裝置中，有兩個(gè)被電解質(zhì)溶液分隔開來的電極。電極一般是由鉑金制成的，而電解質(zhì)溶液通常是硫酸。燃料電池盒由多孔材料組成，空氣可以自由出入。受測(cè)者被要求對(duì)著管子呼氣，這些氣體被輸送至燃料電池中。氣體中的乙醇會(huì)被燃料電池的負(fù)極氧化成乙酸、氫離子，同時(shí)釋放出電子。電子沿著導(dǎo)線向陰極移動(dòng)，途中經(jīng)過一個(gè)電能表后重新進(jìn)入電解質(zhì)溶液中。氧氣在正極得到電子并于溶液中的氫離子結(jié)合生成水。
記錄通過燃料電池的電流總量就可以測(cè)量受測(cè)者的酒精濃度。呼入儀器的乙醇越多，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)也越劇烈，從而產(chǎn)生更多的電子和更強(qiáng)的電流，通過相關(guān)轉(zhuǎn)化就可以變?yōu)榭勺x數(shù)據(jù)。
