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行業新聞

查酒駕時,交警所使用的酒精檢測儀工作原理竟

我們在路上開車時應該都遭遇過交警檢查酒駕的事情,即使你沒有經歷過,也應該在電視節目中見過。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,它就能在很短的時間內告訴你體內酒精的濃度。
它是怎么做到的呢?
第一種測試呼出氣體的酒精濃度的機器是由印第安納大學生物化學系教授羅拉·哈格發明的。這種機器操作起來比較麻煩。首先你要向連著這個機器的氣球吹氣,當氣球收集到足夠多的氣體后,就會將氣體釋放到儀器中的化學溶液里,溶液的顏色會隨著酒精濃度的變化而變化。其實這個儀器中所含有的化學溶液就是酸性高錳酸鉀溶液,而其中利用的化學反應對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,參加反應的乙醇濃度越大,最后所得溶液的顏色就越淺,根據顏色的深淺即可判斷酒精的濃度。
但是這種機器很快就被“呼吸分析儀”所代替。它是由美國印第安納州的一名警察——羅伯特·伯根斯坦在1954年發明的。使用這種機器時,受測者需要對著一個管子吹氣,氣體馬上被引入機器中的反應腔內,其中放置著一種類似于高錳酸鉀的強氧化劑——重鉻酸鉀,還有硫酸和硝酸銀。受測者的氣體樣品會立刻與重鉻酸鉀發生氧化還原反應,其中硫酸創設的酸性氛圍更有利于上述反應的進行,而硝酸銀主要起到催化劑的作用。反應顯現出來的變化時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變,但是僅僅依靠眼睛是不行的,作為替代,一般會用到光度計分析反應腔,通過測定最終溶液的光譜波長圖案來確定鉻離子的轉化程度。
但是這種酒精檢測儀存在很多的誤差,其中許多是因為不正確使用造成的?,F在又出現了兩種更為優異的酒精檢測儀:紅外線分光和燃料電池裝置。
現在使用的最為廣泛的酒精檢測儀所使用的原理是基于紅外分光譜技術。待測樣品放入如圖所示的容器(1),光源(2)發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,這些成分被傳輸到光電探測器(5)中,探測器會測量出接收到的每一個波長分量的光量,這些信息隨后被微處理器(6)轉化為電子信號以供操作員直接讀取。
分光計運作的物理原理是,每一種原子、分子、離子都會以唯一方式從入射光中吸收能量。這些粒子吸收能量后會改變振動速率、分子旋轉或電子狀態。所有化學物質都有獨特的價鍵結構并且互不相同,因此,它們從不同波長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特的指紋,可以用來確認特定的化學物質。
如果要利用這個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。受測者需要對著入口(7)吹氣,這些氣體從出口(8)溢出。受測者呼出氣體中的酒精被滯留在容器中。當光線通過容器時,這些酒精會以特定方式吸收某些波長的光線。利用微處理器就能分析這個獨特光譜。同時通過測量光譜強度還能確定受測者呼出氣體中的酒精濃度。
還有一種新型的酒精檢測儀是基于燃料電池原理。燃料電池是一種將化學能轉化為電能的裝置。在這個燃料電池裝置中,有兩個被電解質溶液分隔開來的電極。電極一般是由鉑金制成的,而電解質溶液通常是硫酸。燃料電池盒由多孔材料組成,空氣可以自由出入。受測者被要求對著管子呼氣,這些氣體被輸送至燃料電池中。氣體中的乙醇會被燃料電池的負極氧化成乙酸、氫離子,同時釋放出電子。電子沿著導線向陰極移動,途中經過一個電能表后重新進入電解質溶液中。氧氣在正極得到電子并于溶液中的氫離子結合生成水。
記錄通過燃料電池的電流總量就可以測量受測者的酒精濃度。呼入儀器的乙醇越多,發生的氧化還原反應也越劇烈,從而產生更多的電子和更強的電流,通過相關轉化就可以變為可讀數據。
現在,燃料電池型的酒精檢測儀被看做是最可靠的測試裝置,同時也是執法人員最容易操作的儀器之一,但是由于其價格非常昂貴限制了它的進一步使用。這種儀器的價格在每臺700美元左右。


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