Alkoholio tikrinimo technologija plačiai naudojama tokiose srityse kaip eismo vykdymas, darbo sauga ir medicininė diagnostika. Jo pagrindinis tikslas yra tiksliai išmatuoti alkoholio (etanolio) koncentraciją žmogaus iškvepiamame kvėpavime arba kūno skysčiuose. Dabartiniai pagrindiniai alkoholio bandymo prietaisai pirmiausia yra pagrįsti cheminėmis oksidacijos reakcijomis, puslaidininkių jutiklių technologija, infraraudonųjų spindulių spektroskopija ir kuro elementų principais. Šios technologijos labai skiriasi aptikimo mechanizmais ir taikomais scenarijais.
Cheminis oksidavimas (kolorimetrija)
Cheminė oksidacija yra tipiška ankstyvojo alkoholio tyrimo technologija, pagrįsta etanolio redukuojančiomis savybėmis. Įprasti prietaisai, tokie kaip „alkometro juostelės“ arba „kolorimetriniai reagentų vamzdeliai“, reikalauja, kad testeris įpūstų į prietaisą, kuriame yra konkretus cheminis reagentas. Etanolis reaguoja su reagentu redokso reakcijoje, todėl pasikeičia spalva. Pavyzdžiui, kalio dichromatą (K2Cr2O7) etanolis rūgštinėje aplinkoje redukuoja iki žalių trivalenčių chromo jonų (Cr3⁺). Spalvos intensyvumas yra proporcingas etanolio koncentracijai ir gali būti kiekybiškai įvertintas naudojant kolorimetrinę diagramą arba spektrofotometrą. Šis metodas yra paprastas ir nebrangus, tačiau yra jautrus aplinkos temperatūrai, drėgmei ir trukdančioms medžiagoms (pvz., acetonui ir acetaldehidui), todėl tikslumas yra mažas ir pirmiausia naudojamas išankstinei patikrai.
Puslaidininkinių jutiklių technologija
Puslaidininkiniai alkoholio detektoriai naudoja metalų oksidų (tokių kaip alavo dioksidas (SnO₂)) jautrumą etanolio dujoms. Kai etanolio molekulės adsorbuojasi ant puslaidininkio paviršiaus, jų laidumas pasikeičia. Oksidacijos proceso metu išsiskiria elektronai, todėl medžiagos atsparumas mažėja. Šio pasipriešinimo pokyčio dydis yra susijęs su etanolio koncentracija. Šio tipo jutikliai greitai reaguoja (paprastai aptikimą užbaigia per kelias sekundes), yra kompaktiški ir už prieinamą kainą, todėl tinka nešiojamiems įrenginiams. Tačiau jo stabilumas yra prastas, jis yra jautrus temperatūros svyravimams ir kitų lakiųjų organinių junginių (LOJ) trukdžiams. Ilgalaikiam-naudojimui reikalingas reguliarus kalibravimas, o jo tikslumas paprastai yra mažesnis nei profesionalių{7}}prietaisų.
Infraraudonųjų spindulių spektroskopija (IR spektroskopija)
Infraraudonųjų spindulių spektroskopija yra pripažintas didelio{0}}tikslumo metodas teismo medicinoje ir kelių eismo teisėsaugoje. Tai priklauso nuo būdingo tam tikro bangos ilgio infraraudonosios šviesos sugerties etanolio molekulėse. Etanolio C-H, O-H ir C-O ryšiai pasižymi ryškiomis absorbcijos smailėmis artimojo-infraraudonųjų ir vidutinių{7}}infraraudonųjų spindulių juostose (pvz., apie 2,9 μm, 3,4 μm ir 9,5 μm). Išmatuojant iškvėpto kvėpavimo šviesos sugerties susilpnėjimą esant šiems bangos ilgiams ir taikant Lamberto{14}}alaus dėsnį, galima apskaičiuoti etanolio koncentraciją. Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektrometrai (FTIR) arba ne{16}}dispersiniai infraraudonųjų spindulių (NDIR) jutikliai gali tiksliai atskirti etanolį nuo kitų organinių junginių (pvz., metanolio ir acetono), pasižymi dideliu atsparumu trukdžiams, o jų aptikimo rezultatai gali būti tiesiogiai naudojami kaip teisinis įrodymas. Tačiau šie įrenginiai yra gana dideli ir daug energijos reikalaujantys, todėl paprastai juos reikia stacionariai įrengti teisėsaugos institucijose arba laboratorijose.
Kuro elementų principas
Kuro elementų{0}}alkoholio detektoriai šiuo metu yra pagrindinis didelio-tikslumo nešiojamų įrenginių sprendimas. Jų veikimo principas pagrįstas elektrochemine oksidacijos reakcija. Jutiklis susideda iš dviejų akytų elektrodų (anodo ir katodo) ir protonų mainų membranos. Kai etanolis iškvepiamame iškvėptame ore pasklinda į anodą, katalizatorius (pvz., platina) jį oksiduoja iki acto rūgšties ir protonų (H⁺), išlaisvindamas elektronus, kad generuotų elektros srovę. Elektronai per išorinę grandinę teka į katodą, kur protonai kerta membraną ir susijungia su deguonimi, sudarydami vandenį. Srovės intensyvumas yra proporcingas etanolio koncentracijai, o srovės vertės matavimas leidžia tiksliai apskaičiuoti alkoholio kiekį. Ši technologija pasižymi dideliu jautrumu (aptikimo riba iki 0,01 mg/L), platų linijinį diapazoną ir atsparumą daugumai trukdančių dujų. Jis plačiai naudojamas transporto priemonių alkoholio spynose (uždegimo užraktuose) ir aukščiausios klasės{10}}rankiniuose detektoriuose.
Technologijų palyginimas ir taikymo scenarijai
Skirtingais aptikimo principais pagrįsti alkoholio aptikimo įrenginiai turi savų privalumų ir trūkumų: cheminė kolorimetrija tinka didelio masto pradiniam patikrinimui, puslaidininkiniai jutikliai atitinka kasdienius nešiojamumo poreikius, infraraudonųjų spindulių spektroskopija suteikia teismo ekspertizės{1}}klasės tikslumą, o kuro elementų technologija subalansuoja tikslumą ir reakcijos greitį. Praktikoje teisėsauga dažnai taiko dvejopo-režimo patvirtinimo metodą: „kuro elemento pradinis bandymas + infraraudonųjų spindulių antrinis bandymas“, kad užtikrintų patikimus rezultatus. Tačiau medicininė ar pramoninė stebėsena gali teikti pirmenybę kuro elementams arba puslaidininkiniams įtaisams dėl jų perkeliamumo ir tikslumo.
Tobulėjant mikroelektromechaninėms sistemoms (MEMS) ir dirbtinio intelekto algoritmams, šiuolaikinės alkoholio aptikimo technologijos vystosi link miniatiūrizavimo ir intelekto. Ateityje kelių jutiklių sujungimas gali dar labiau sumažinti klaidingų pavojaus signalų dažnį ir pagerinti aptikimo stabilumą sudėtingoje aplinkoje.