我們經(jīng)常聽到或者看到因?yàn)樗緳C(jī)酒駕而發(fā)生的交通事故，在事故的新聞報(bào)道中，經(jīng)常會(huì)說(shuō)司機(jī)的血液中酒精含量是多少，以及血液中酒精的法定限量是多少。例如，一名司機(jī)可能被檢測(cè)血液中酒精含量為0.15，而法定上限是0.08。但這些數(shù)字意味著什么？警察如何確定具有酒駕嫌疑的司機(jī)是否屬于合法攝入？你可能聽說(shuō)過(guò)呼氣酒精測(cè)試儀，然而你更想知道一個(gè)人呼出的氣體是如何顯示其酒精的攝入量。

　　考慮到公共安全，禁止司機(jī)酒后駕車是很重要的。1999年，美國(guó)有4.2萬(wàn)人死于交通事故，其中38%與酒精有關(guān)。就算是能夠通過(guò)摸鼻子或走直線的清醒測(cè)試的司機(jī)，其酒精的攝入量仍然可能超過(guò)血液酒精含量的法定上限，成為馬路殺手。因此，警察使用一些最新的技術(shù)來(lái)檢測(cè)具有酒駕嫌疑的司機(jī)的酒精濃度，并將他們帶離馬路。

　　許多執(zhí)勤交警利用呼氣酒精測(cè)試設(shè)備（呼氣酒精測(cè)試儀是其中一種）來(lái)確定酒后駕駛嫌疑人的血液酒精濃度（BAC）。在本文中，我們將研究這些呼氣酒精測(cè)試設(shè)備蘊(yùn)藏哪些科學(xué)原理和技術(shù)。

　　1.為什么要測(cè)試

　　酒后駕駛的法律依據(jù)是血液酒精濃度（BAC）水平。然而，在現(xiàn)場(chǎng)采集血液樣本后在實(shí)驗(yàn)室分析，對(duì)于拘留涉嫌酒后駕駛（DWI）或醉酒駕駛（DUI）的司機(jī)來(lái)說(shuō)，既不實(shí)際，也不高效。尿液酒精檢測(cè)被證明和血液取樣一樣不切實(shí)際。我們需要的是一種能夠在不侵入司機(jī)身體的情況下，測(cè)量與血液酒精濃度相關(guān)的指標(biāo)的方法。

　　在20世紀(jì)40年代，呼氣酒精測(cè)試裝置首次被發(fā)明出來(lái)供警察使用。1954年，美國(guó)印第安納州警察局的羅伯特?博肯斯坦博士（Dr.Robert Borkenstein）發(fā)明了呼氣酒精測(cè)試儀，這種呼氣酒精測(cè)試設(shè)備至今仍在執(zhí)法機(jī)構(gòu)中使用。

　　讓我們來(lái)看看這些設(shè)備是基于什么工作原理。

　　2.測(cè)試原理

　　一個(gè)人喝下去的酒精會(huì)被口腔、喉嚨、胃和腸道吸收到血液中，然后以呼氣的形式呼出體外。

　　酒精在攝入后不會(huì)被消化，也不會(huì)在血液中發(fā)生化學(xué)變化。由于酒精具有揮發(fā)性，所以當(dāng)血液流經(jīng)肺部時(shí)，能夠從血液中蒸發(fā)，所以一些酒精會(huì)通過(guò)肺泡膜進(jìn)入肺泡內(nèi)的氣體中。肺泡氣體中的酒精濃度與血液中的酒精濃度相關(guān)，當(dāng)肺泡氣體中的酒精被呼出時(shí)，可以通過(guò)呼氣酒精測(cè)試設(shè)裝置進(jìn)行檢測(cè)。交警不必抽取司機(jī)的血液來(lái)檢測(cè)他們體內(nèi)的酒精含量，而是通過(guò)當(dāng)場(chǎng)測(cè)試司機(jī)的呼吸，就可以馬上知道司機(jī)是否屬于酒后駕駛。

　　因?yàn)楹魵庵械木凭珴舛扰c血液中的酒精濃度有關(guān)，所以交警可以通過(guò)測(cè)量呼氣中的酒精含量來(lái)計(jì)算BAC。呼氣中酒精含量和血液中酒精含量的比例是2100：1（譯注：原文如此）。這意味著2100毫升肺泡空氣所含的酒精與1毫升血液所含的酒精相同。

　　美國(guó)醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)表示，當(dāng)血液酒精濃度達(dá)到0.05時(shí)，人體就會(huì)受到損害。如果一個(gè)人的血液酒精濃度測(cè)量為0.08，也就意味著每100毫升血液中含有0.08克（80毫克）酒精。多年來(lái)，我國(guó)執(zhí)行的醉酒駕駛標(biāo)準(zhǔn)是每百毫升血液中含酒精80毫克，下面將用0.08代替。

　　現(xiàn)在，交警有幾種不同的設(shè)備可以測(cè)量BAC。

　　3.呼氣分析儀

　　呼氣酒精分析設(shè)備主要有三種類型，它們基于不同的原理：

　　呼氣酒精測(cè)試儀-利用與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生顏色變化

　　呼氣測(cè)醉儀-通過(guò)紅外（IR）光譜檢測(cè)酒精

　　酒精傳感器III或IV-檢測(cè)燃料電池中酒精的化學(xué)反應(yīng)

　　無(wú)論是哪種類型，每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)吹氣口，一個(gè)供司機(jī)吹氣的管子，以及一個(gè)儲(chǔ)存空氣的樣本室。設(shè)備的其余部分根據(jù)類型不同而有所區(qū)別。

　　呼氣酒精測(cè)試儀

　　呼氣酒精測(cè)試儀裝置包含：

　　采集嫌疑人呼吸樣本的系統(tǒng)

　　兩個(gè)裝有化學(xué)反應(yīng)混合物的玻璃瓶

　　與儀表相連的光電池系統(tǒng)，用來(lái)測(cè)試與化學(xué)反應(yīng)式相關(guān)的顏色變化

　　為了測(cè)量酒精含量，司機(jī)要對(duì)著儀器吹氣。呼出的氣體樣本在一個(gè)小瓶中與硫酸、重鉻酸鉀、硝酸銀和水的混合物反應(yīng)。測(cè)量原理基于以下化學(xué)反應(yīng)：

　　在這個(gè)反應(yīng)中：

　　硫酸將空氣中的酒精溶解成液體溶液。

　　乙醇與重鉻酸鉀反應(yīng)生成：硫酸鉻、硫酸鉀、乙酸、水

　　硝酸銀是一種催化劑，這種物質(zhì)在不參與化學(xué)反應(yīng)的情況下，加快反應(yīng)進(jìn)行。硫酸除了能從氣體中轉(zhuǎn)移酒精外，還可能為該反應(yīng)提供所需的酸性條件。

　　在這個(gè)反應(yīng)中，紅橙色的重鉻酸鹽離子與醇反應(yīng)時(shí)變成綠色的鉻離子；顏色變化的程度與排出空氣中的酒精含量直接相關(guān)。為了確定空氣中的酒精含量，將反應(yīng)的混合物與光電池系統(tǒng)中一瓶未反應(yīng)的混合物進(jìn)行比較，產(chǎn)生電流，使儀表中的針從靜止位置移動(dòng)。然后，操作者旋轉(zhuǎn)旋鈕，將針頭帶回原來(lái)的位置，這個(gè)過(guò)程旋鈕旋轉(zhuǎn)得越多，酒精含量就越高，從而讀取酒精含量。

　　酒精的化學(xué)成分

　　酒精飲料中的酒精是乙醇，乙醇的分子結(jié)構(gòu)是這樣的：

　　其中C是碳，H是氫，O是氧，每個(gè)連接符是原子間的化學(xué)鍵。

　　分子上的羥基（O-H）是醇的官能團(tuán)。這個(gè)分子中有四種鍵：

　　碳-碳（C-C）

　　碳-氫（C-H）

　　碳-氧（C-O）

　　氫-氧（O-H）

　　原子間的化學(xué)鍵是共用的電子對(duì)。化學(xué)鍵非常像彈簧：它們可以彎曲和拉伸。這些性質(zhì)對(duì)紅外光譜法檢測(cè)樣品中的乙醇具有重要意義。

　　4.呼氣測(cè)醉器

　　呼氣測(cè)醉器示意圖。A石英燈（紅外光源），B吹氣入口，C呼氣出口，D樣品室，E透鏡，F(xiàn)過(guò)濾器葉輪，G光電管，H微處理器

　　這種設(shè)備利用紅外光譜學(xué)，根據(jù)分子吸收的紅外光來(lái)識(shí)別分子。

　　分子不斷振動(dòng)，當(dāng)分子吸收紅外光時(shí)，這些振動(dòng)就會(huì)發(fā)生變化。振動(dòng)的變化包括各種鍵的彎曲和拉伸。分子內(nèi)的每種鍵吸收不同波長(zhǎng)的紅外線。因此，為了識(shí)別樣品中的乙醇，你必須觀察乙醇中化學(xué)鍵的波長(zhǎng)（C-O,O-H,C-H,C-C）并測(cè)量對(duì)紅外光的吸收。吸收的波長(zhǎng)能夠識(shí)別乙醇這種物質(zhì)，紅外吸收的量告訴你酒精含量。

　　在呼氣測(cè)醉儀中:

　　燈產(chǎn)生寬帶(多波長(zhǎng))紅外光束。

　　通過(guò)樣品室的寬帶紅外光束，由透鏡聚焦到旋轉(zhuǎn)濾光輪上。

　　過(guò)濾輪包含針對(duì)乙醇中化學(xué)鍵的波長(zhǎng)的窄帶過(guò)濾器。通過(guò)每個(gè)濾光片的光被光電池檢測(cè)，并在這里被轉(zhuǎn)換成電脈沖。

　　電脈沖被傳送到微處理器，微處理器解讀脈沖并根據(jù)紅外光的吸收計(jì)算BAC。

　　5.酒精傳感器III或IV

　　現(xiàn)代燃料電池技術(shù)(將來(lái)可能為我們的汽車甚至家庭提供動(dòng)力)已被應(yīng)用于呼吸酒精檢測(cè)儀。像酒精傳感器III和IV這樣的設(shè)備使用的燃料電池。

　　燃料電池有兩個(gè)鉑電極，中間夾著多孔酸電解質(zhì)材料。當(dāng)嫌疑人呼出的氣體流過(guò)燃料電池的一側(cè)時(shí)，鉑會(huì)氧化氣體中的全部酒精，產(chǎn)生乙酸、質(zhì)子和電子。電子從鉑電極流過(guò)導(dǎo)線。導(dǎo)線連接到電流計(jì)和另一端的鉑電極上。質(zhì)子穿過(guò)燃料電池的下部，與氧和另一側(cè)的電子結(jié)合形成水。被氧化的酒精越多，電流就越大。微處理器測(cè)量電流并計(jì)算BAC。

　　呼氣酒精測(cè)試裝置的操作人員都必須接受設(shè)備使用和校準(zhǔn)方面的培訓(xùn)，特別是如果測(cè)試結(jié)果將用作酒后駕車檢測(cè)的證據(jù)。執(zhí)法人員可以攜帶與全尺寸設(shè)備原理相同的便攜式呼吸測(cè)試設(shè)備。然而，法官的判決可能會(huì)依據(jù)于呼吸測(cè)試的檢測(cè)準(zhǔn)確性，因此檢察官更傾向于從全尺寸設(shè)備獲得結(jié)果。

　　酒精的氧化

　　如果在氧氣存在的情況下，從乙醇右邊的碳上去掉氫，就會(huì)得到醋酸，這是醋的主要成分。乙酸的分子結(jié)構(gòu)是這樣的:

　　其中C是碳，H是氫，O是氧，連接符是原子間的單鍵，符號(hào)"="是原子間的雙鍵。當(dāng)乙醇氧化成乙酸時(shí)，也產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子。

　　標(biāo)題：酒精檢測(cè)儀是怎么吹口氣兒就能識(shí)別酒駕的？

　　來(lái)源：傳遞價(jià)值資訊