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查酒驾时,交警所使用的酒精检测仪工作原理竟是这样的
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查酒驾时,交警所使用的酒精检测仪工作原理竟是这样的
编辑:qy88vip千赢国际app品牌??来源:qy88vip千赢国际app原理??发布时间:2019-06-18 08:50
大家在路上开车时应该都遭遇过交警检查酒驾的事情,即使你没有经历过,也应该在电视节目中见过。而交警能够迅速辨别你是否酒驾的神秘武器就是他手中的酒精检测仪。这是一种神奇的仪器,只要向其中吹气,它就能在很短的时间内告诉你体内酒精的浓度。
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它是怎么做到的呢?
第一种测试呼出气体的酒精浓度的机器是由印第安纳大学生物化学系教授罗拉·哈格发明的。这种机器操作起来比较麻烦。首先你要向连着这个机器的气球吹气,当气球收集到足够多的气体后,就会将气体释放到仪器中的化学溶液里,溶液的颜色会随着酒精浓度的变化而变化。其实这个仪器中所含有的化学溶液就是酸性高锰酸钾溶液,而其中利用的化学反应对高中生来讲都是很熟悉的。乙醇(酒精)还原高锰酸钾,从而使之褪色,参加反应的乙醇浓度越大,最后所得溶液的颜色就越浅,根据颜色的深浅即可判断酒精的浓度。
但是这种机器很快就被“呼吸分析仪”所代替。它是由美国印第安纳州的一名警察——罗伯特·伯根斯坦在1954年发明的。使用这种机器时,受测者需要对着一个管子吹气,气体马上被引入机器中的反应腔内,其中放置着一种类似于高锰酸钾的强氧化剂——重铬酸钾,还有硫酸和硝酸银。受测者的气体样品会立即与重铬酸钾发生氧化还原反应,其中硫酸创设的酸性氛围更有利于上述反应的进行,而硝酸银主要起到催化剂的作用。反应显现出来的变化时略带红色的橙色重铬酸根离子被还原为绿色Cr(Ⅲ)离子。气体中含有的乙醇浓度越大,绿色就越明显。肉眼能够很清楚地辨别颜色的转变,但是仅仅依靠眼睛是不行的,作为替代,一般会用到光度计分析反应腔,通过测定最终溶液的光谱波长图案来确定铬离子的转化程度。
但是这种酒精检测仪存在很多的误差,其中许多是因为不正确使用造成的。现在又出现了两种更为优异的酒精检测仪:红外线分光和燃料电池装置。
现在使用的最为广泛的酒精检测仪所使用的原理是基于红外分光谱技术。待测样品放入如图所示的容器(1),光源(2)发射一束光线穿过容器并从另外一端(3)射出,然后光线通过滤光器(4),并被分散成不同成分,这些成分被传输到光电探测器(5)中,探测器会测量出接收到的每一个波长分量的光量,这些信息随后被微处理器(6)转化为电子信号以供操作员直接读取。
分光计运作的物理原理是,每一种原子、分子、离子都会以唯一方式从入射光中吸取能量。这些粒子吸取能量后会改变振动速率、分子旋转或电子状态。所有化学物质都有独特的价键结构并且互不相同,因此,它们从不同波长吸取的能量也不相同。也就是说,这种装置得到的吸取光谱如同一种独特的指纹,可以用来确认特定的化学物质。
如果要利用这个仪器分析呼吸中的酒精,只需要加上供气体通行的出入口就可以了。受测者需要对着入口(7)吹气,这些气体从出口(8)溢出。受测者呼出气体中的酒精被滞留在容器中。当光线通过容器时,这些酒精会以特定方式吸取某些波长的光线。利用微处理器就能分析这个独特光谱。同时通过测量光谱强度还能确定受测者呼出气体中的酒精浓度。
还有一种新型的酒精检测仪是基于燃料电池原理。燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置。在这个燃料电池装置中,有两个被电解质溶液分隔开来的电极。电极一般是由铂金制成的,而电解质溶液通常是硫酸。燃料电池盒由多孔材料组成,空气可以自由出入。受测者被要求对着管子呼气,这些气体被输送至燃料电池中。气体中的乙醇会被燃料电池的负极氧化成乙酸、氢离子,同时释放出电子。电子沿着导线向阴极移动,途中经过一个电能表后重新进入电解质溶液中。氧气在正极得到电子并于溶液中的氢离子结合生成水。
记录通过燃料电池的电流总量就可以测量受测者的酒精浓度。呼入仪器的乙醇越多,发生的氧化还原反应也越剧烈,从而产生更多的电子和更强的电流,通过相关转化就可以变为可读数据。
现在,燃料电池型的酒精检测仪被看做是最可靠的测试装置,同时也是执法人员最容易操作的仪器之一,但是由于其价格非常昂贵限制了它的进一步使用。这种仪器的价格在每台700美金左右。
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