Áfengisprófunartækni er mikið notuð á sviðum eins og umferðareftirliti, vinnuöryggi og læknisfræðilegri greiningu. Kjarnamarkmið þess er að mæla nákvæmlega styrk alkóhóls (etanóls) í útöndun eða líkamsvökva einstaklings. Núverandi almenn áfengisprófunartæki eru fyrst og fremst byggð á efnaoxunarhvörfum, hálfleiðaraskynjaratækni, innrauðri litrófsgreiningu og meginreglum eldsneytisfrumna. Þessi tækni er mjög mismunandi hvað varðar greiningaraðferðir og viðeigandi aðstæður.
Efnaoxun (litamæling)
Efnaoxun er dæmigerð snemma áfengisprófunartækni, byggð á afoxandi eiginleikum etanóls. Algeng tæki, eins og „öndunarmælistrimlar“ eða „litamælingarhvarfefnisrör“, krefjast þess að prófunartækið blási í tæki sem inniheldur tiltekið efnafræðilegt hvarfefni. Etanólið hvarfast við hvarfefnið í afoxunarhvarfi sem leiðir til litabreytingar. Til dæmis er kalíumdíkrómat (K₂Cr₂O₇) minnkað með etanóli í súru umhverfi í grænar þrígildar krómjónir (Cr3⁺). Litastyrkurinn er í réttu hlutfalli við styrk etanóls og hægt er að mæla hann með litatöflu eða litrófsmæli. Þessi aðferð er einföld í notkun og ódýr, en hún er næm fyrir umhverfishita, raka og truflandi efnum (eins og asetoni og asetaldehýði), sem leiðir til lítillar nákvæmni og er fyrst og fremst notuð við bráðabirgðaskimun.
Hálfleiðara skynjaratækni
Hálfleiðara alkóhólskynjarar nýta næmni málmoxíða (eins og tindíoxíð (SnO₂)) fyrir etanólgasi. Þegar etanól sameindir aðsogast á yfirborð hálfleiðara breytist leiðni þeirra. Oxunarferlið losar rafeindir sem veldur því að viðnám efnisins minnkar. Stærð þessarar viðnámsbreytingar er tengd við styrk etanóls. Þessi tegund skynjara býður upp á hröð svörun (lýkur venjulega uppgötvun innan nokkurra sekúndna), er fyrirferðarlítill og er á sanngjörnu verði, sem gerir hann hentugur fyrir færanleg tæki. Hins vegar er stöðugleiki þess lélegur og það er næmt fyrir hitasveiflum og truflunum frá öðrum rokgjörnum lífrænum efnasamböndum (VOC). Langtímanotkun krefst reglulegrar kvörðunar og nákvæmni hennar er almennt minni en á faglegum tækjum-.
Innrauð litrófsgreining (IR litrófsgreining)
Innrauð litrófsgreining er viðurkennd hár-nákvæmniaðferð í réttarlækningum og umferðarlöggæslu. Það byggir á einkennandi frásogi innrauðs ljóss af tilteknum bylgjulengdum af etanólsameindum. Etanól C-H, O-H og C-O tengin sýna sérstaka frásogstoppa í nær-innrauða og miðrauða-innrauðu böndunum (td um 2,9μm, 3,4μm og 9,5μm). Með því að mæla dempun ljósgleypni frá útöndun á þessum bylgjulengdum og beita Lambert-bjórlögmálinu er hægt að reikna út etanólstyrkinn. Fourier umbreytingu innrauða litrófsmælar (FTIR) eða ó-dreifandi innrauðir (NDIR) skynjarar geta greint etanól nákvæmlega frá öðrum lífrænum efnasamböndum (eins og metanóli og asetoni), sýnt mikla truflunarþol og hægt er að nota greiningarniðurstöður þeirra beint sem lögfræðileg sönnunargögn. Hins vegar eru þessi tæki tiltölulega stór og{18}}orkufrek og þurfa venjulega fasta uppsetningu á löggæslustöðvum eða rannsóknarstofum.
Meginregla eldsneytisfrumu
Alkóhólskynjarar-undirstaða eldsneytisfrumu eru nú kjarnalausnin fyrir há-nákvæmni flytjanleg tæki. Starfsregla þeirra byggist á rafefnafræðilegu oxunarhvarfi. Skynjarinn samanstendur af tveimur gljúpum rafskautum (skaut og bakskaut) og róteindaskiptahimnu. Þegar etanól í útöndunaröndun dreifist til forskautsins, er það oxað af hvata (eins og platínu) í ediksýru og róteindir (H⁺), sem losar rafeindir til að mynda rafstraum. Rafeindirnar streyma í gegnum ytri hringrás að bakskautinu, þar sem róteindirnar fara yfir himnuna og sameinast súrefni og mynda vatn. Straumstyrkurinn er í réttu hlutfalli við styrk etanóls og mæling á núverandi gildi gerir nákvæma útreikninga á alkóhólinnihaldi. Þessi tækni býður upp á mikið næmni (greinimörk niður í 0,01 mg/L), breitt línulegt svið og ónæmi fyrir flestum truflandi lofttegundum. Hann er mikið notaður í alkóhóllásum fyrir ökutæki (kveikjulæsingu) og háþróaða lófaskynjara.
Tæknisamanburður og notkunarsviðsmyndir
Áfengisgreiningartæki sem byggjast á mismunandi greiningarreglum hafa sína kosti og galla: efnafræðileg litamæling hentar fyrir stóra-byrjunarskimun, hálfleiðaraskynjarar mæta daglegum flutningsþörfum, innrauð litrófsgreining býður upp á réttar-stigsnákvæmni og eldsneytisfrumutæknin jafnvægir nákvæmni og viðbragðshraða. Í hagnýtum forritum notar löggæsla oft tvíþætta-stillingarstaðfestingaraðferð: „Fuel Cell frumpróf + innrautt aukapróf“ til að tryggja áreiðanlegar niðurstöður. Læknis- eða iðnaðarvöktun kann hins vegar að kjósa efnarafala eða hálfleiðara tæki vegna flytjanleika þeirra og nákvæmni.
Með þróun öreindakerfa (MEMS) og gervigreindar reiknirit, er nútíma alkóhólskynjunartækni að þróast í átt að smæðingu og greind. Í framtíðinni gæti fjöl-samruni skynjara dregið enn frekar úr tíðni falskra viðvarana og bætt skynjunarstöðugleika í flóknu umhverfi.