Η τεχνολογία ελέγχου αλκοόλ χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως η επιβολή της κυκλοφορίας, η επαγγελματική ασφάλεια και η ιατρική διάγνωση. Ο βασικός του στόχος είναι να μετρήσει με ακρίβεια τη συγκέντρωση αλκοόλ (αιθανόλη) στην εκπνεόμενη αναπνοή ή στα σωματικά υγρά ενός ατόμου. Οι τρέχουσες συσκευές ελέγχου αλκοόλ βασίζονται κυρίως σε αντιδράσεις χημικής οξείδωσης, τεχνολογία αισθητήρων ημιαγωγών, φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας και αρχές κυψελών καυσίμου. Αυτές οι τεχνολογίες διαφέρουν σημαντικά ως προς τους μηχανισμούς ανίχνευσης και τα εφαρμόσιμα σενάρια.
Χημική οξείδωση (Χρωματομετρία)
Η χημική οξείδωση είναι μια τυπική τεχνολογία πρώιμης δοκιμής αλκοόλης, που βασίζεται στις αναγωγικές ιδιότητες της αιθανόλης. Οι συνήθεις συσκευές, όπως "λωρίδες αναπνευστήρα" ή "σωλήνες χρωματομετρικών αντιδραστηρίων", απαιτούν από τον ελεγκτή να φυσήξει σε μια συσκευή που περιέχει ένα συγκεκριμένο χημικό αντιδραστήριο. Η αιθανόλη αντιδρά με το αντιδραστήριο σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής, με αποτέλεσμα μια αλλαγή χρώματος. Για παράδειγμα, το διχρωμικό κάλιο (K2Cr2O7) ανάγεται με αιθανόλη σε όξινο περιβάλλον σε πράσινα τρισθενή ιόντα χρωμίου (Cr3+). Η ένταση του χρώματος είναι ανάλογη της συγκέντρωσης της αιθανόλης και μπορεί να ποσοτικοποιηθεί χρησιμοποιώντας χρωματομετρικό διάγραμμα ή φασματοφωτόμετρο. Αυτή η μέθοδος είναι απλή στη λειτουργία και φθηνή, αλλά είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την υγρασία και τις παρεμποδιστικές ουσίες (όπως ακετόνη και ακεταλδεΰδη), με αποτέλεσμα χαμηλή ακρίβεια και χρησιμοποιείται κυρίως για προκαταρκτικό έλεγχο.
Τεχνολογία αισθητήρων ημιαγωγών
Οι ανιχνευτές αλκοόλης ημιαγωγών χρησιμοποιούν την ευαισθησία των οξειδίων μετάλλων (όπως το διοξείδιο του κασσιτέρου (SnO2)) στο αέριο αιθανόλης. Όταν τα μόρια της αιθανόλης απορροφώνται στην επιφάνεια του ημιαγωγού, η αγωγιμότητά τους αλλάζει. Η διαδικασία οξείδωσης απελευθερώνει ηλεκτρόνια, προκαλώντας μείωση της αντίστασης του υλικού. Το μέγεθος αυτής της αλλαγής αντίστασης σχετίζεται με τη συγκέντρωση αιθανόλης. Αυτός ο τύπος αισθητήρα προσφέρει γρήγορη απόκριση (συνήθως ολοκληρώνει την ανίχνευση μέσα σε δευτερόλεπτα), είναι συμπαγής και έχει λογική τιμή, καθιστώντας τον κατάλληλο για φορητές συσκευές. Ωστόσο, η σταθερότητά του είναι κακή και είναι ευαίσθητο σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και παρεμβολές από άλλες πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs). Η μακροχρόνια-χρήση απαιτεί τακτική βαθμονόμηση και η ακρίβειά της είναι γενικά χαμηλότερη από αυτή των οργάνων επαγγελματικής-βαθμίδας.
Υπέρυθρη φασματοσκοπία (φασματοσκοπία IR)
Η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι μια αναγνωρισμένη μέθοδος υψηλής Βασίζεται στη χαρακτηριστική απορρόφηση του υπέρυθρου φωτός συγκεκριμένων μηκών κύματος από μόρια αιθανόλης. Οι δεσμοί C-H, O-H και C-O της αιθανόλης εμφανίζουν διακριτές κορυφές απορρόφησης στις εγγύς-υπέρυθρες και μεσαίες-ζώνες υπερύθρων (π.χ. περίπου 2,9μm, 3,4μm και 9,5μm). Μετρώντας την εξασθένηση της απορρόφησης του εκπνεόμενου φωτός σε αυτά τα μήκη κύματος και εφαρμόζοντας τον νόμο Lambert-Μπορεί να υπολογιστεί η συγκέντρωση αιθανόλης. Τα φασματόμετρα υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR) ή οι αισθητήρες μη διασποράς υπερύθρων (NDIR) μπορούν να διακρίνουν με ακρίβεια την αιθανόλη από άλλες οργανικές ενώσεις (όπως η μεθανόλη και η ακετόνη), να εμφανίζουν ισχυρή αντίσταση στις παρεμβολές και τα αποτελέσματα ανίχνευσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας ως νομικά στοιχεία. Ωστόσο, αυτές οι συσκευές είναι σχετικά μεγάλες και{18}}με ένταση ενέργειας, συνήθως απαιτούν σταθερή εγκατάσταση σε χώρους επιβολής του νόμου ή εργαστήρια.
Αρχή κυψελών καυσίμου
Οι ανιχνευτές αλκοόλ-με βάση κυψέλες καυσίμου είναι επί του παρόντος η βασική λύση για φορητές συσκευές υψηλής ακρίβειας. Η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται σε μια ηλεκτροχημική αντίδραση οξείδωσης. Ο αισθητήρας αποτελείται από δύο πορώδη ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος) και μια μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων. Όταν η αιθανόλη στην εκπνεόμενη αναπνοή διαχέεται στην άνοδο, οξειδώνεται από έναν καταλύτη (όπως η πλατίνα) σε οξικό οξύ και πρωτόνια (H+), απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια για τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος στην κάθοδο, όπου τα πρωτόνια διασχίζουν τη μεμβράνη και συνδυάζονται με οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό. Η ένταση του ρεύματος είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση αιθανόλης και η μέτρηση της τρέχουσας τιμής επιτρέπει τον ακριβή υπολογισμό της περιεκτικότητας σε αλκοόλη. Αυτή η τεχνολογία προσφέρει υψηλή ευαισθησία (όριο ανίχνευσης έως 0,01 mg/L), ευρύ γραμμικό εύρος και ανοσία στα περισσότερα αέρια παρεμβολής. Χρησιμοποιείται ευρέως σε κλειδαριές αλκοολούχων οχημάτων (Ignition Interlock) και σε ανιχνευτές χειρός{10}υψηλής ποιότητας.
Σενάρια σύγκρισης τεχνολογίας και εφαρμογής
Οι συσκευές ανίχνευσης αλκοόλ που βασίζονται σε διαφορετικές αρχές ανίχνευσης έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: η χημική χρωματομέτρηση είναι κατάλληλη για-αρχική εξέταση μεγάλης κλίμακας, οι αισθητήρες ημιαγωγών ικανοποιούν τις καθημερινές ανάγκες φορητότητας, η υπέρυθρη φασματοσκοπία προσφέρει εγκληματολογική-ακρίβεια και η τεχνολογία κυψελών καυσίμου εξισορροπεί την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισης. Σε πρακτικές εφαρμογές, οι αρχές επιβολής του νόμου χρησιμοποιούν συχνά μια μέθοδο επαλήθευσης διπλού-τρόπου: "αρχική δοκιμή κυψελών καυσίμου + δευτερεύουσα δοκιμή υπέρυθρων" για να διασφαλίσει αξιόπιστα αποτελέσματα. Ωστόσο, η ιατρική ή βιομηχανική παρακολούθηση μπορεί να προτιμά συσκευές κυψελών καυσίμου ή ημιαγωγών για τη φορητότητα και την ακρίβειά τους.
Με την ανάπτυξη μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS) και αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης, η σύγχρονη τεχνολογία ανίχνευσης αλκοόλ εξελίσσεται προς τη σμίκρυνση και την ευφυΐα. Στο μέλλον, η σύντηξη πολλαπλών-αισθητήρων μπορεί να μειώσει περαιτέρω τα ποσοστά ψευδών συναγερμών και να βελτιώσει τη σταθερότητα ανίχνευσης σε πολύπλοκα περιβάλλοντα.