我们经常听到或者看到因为司机酒驾⽽发⽣的交通事故，在事故的新闻报道中，经常会说司机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，⼀名司机可能被检测⾎液中酒精含量为0.15，⽽法定上限是0.08。但这些数字意味着什么？警察如何确定具有酒驾嫌疑的司机是否属于合法摄⼊？你可能听说过呼⽓酒精测试仪，然⽽你更想知道⼀个⼈呼出的⽓体是如何显示其酒精的摄⼊量。
考虑到公共安全，禁⽌司机酒后驾⻋是很重要的。1999年，美国有4.2万⼈死于交通事故，其中38%与酒精有关。就算是能够通过摸⿐⼦或⾛直线的清醒测试的司机，其酒精的摄⼊量仍然可能超过⾎液酒精含量的法定上限，成为⻢路杀⼿。因此，警察使⽤⼀些最新的技术来检测具有酒驾嫌疑的司机的酒精浓度，并将他们带离⻢路。
许多执勤交警利⽤呼⽓酒精测试设备（呼⽓酒精测试仪是其中⼀种）来确定酒后驾驶嫌疑⼈的⾎液酒精浓度（BAC）。在本⽂中，我们将研究这些呼⽓酒精测试设备蕴藏哪些科学原理和技术。
为什么要测试酒后驾驶的法律依据是⾎液酒精浓度（BAC）⽔平。然⽽，在现场采集⾎液样本后在实验室分析，对于拘留涉嫌酒后驾驶（DWI）或醉酒驾驶（DUI）的司机来说，既不实际，也不⾼效。尿液酒精检测被证明和⾎液取样⼀样不切实际。我们需要的是⼀种能够在不侵⼊司机身体的情况下，测量与⾎液酒精浓度相关的指标的⽅法。
在20世纪40年代，呼⽓酒精测试装置⾸次被发明出来供警察使⽤。1954年，美国印第安纳州警察局的罗伯特·博肯斯坦博⼠（Dr. Robert Borkenstein）发明了呼⽓酒精测试仪，这种呼⽓酒精测试设备⾄今仍在执法机构中使⽤。让我们来看看这些设备是基于什么⼯作原理。
⼀个⼈喝下去的酒精会被⼝腔、喉咙、胃和肠道吸收到⾎液中，然后以呼⽓的形式呼出体外。
酒精在摄⼊后不会被消化，也不会在⾎液中发⽣化学变化。由于酒精具有挥发性，所以当⾎液流经肺部时，能够从⾎液中蒸发，所以⼀些酒精会通过肺泡膜进⼊肺泡内的⽓体中。肺泡⽓体中的酒精浓度与⾎液中的酒精浓度相关，当肺泡⽓体中的酒精被呼出时，可以通过呼⽓酒精测试设装置进⾏检测。交警不必抽取司机的⾎液来检测他们体内的酒精含量，⽽是通过当场测试司机的呼吸，就可以⻢上知道司机是否属于酒后驾驶。
因为呼⽓中的酒精浓度与⾎液中的酒精浓度有关，所以交警可以通过测量呼⽓中的酒精含量来计算BAC。呼⽓中酒精含量和⾎液中酒精含量的⽐例是2100：1（译注：原⽂如此）。这意味着2100毫升肺泡空⽓所含的酒精与1毫升⾎液所含的酒精相同。
美国医学协会表示，当⾎液酒精浓度达到0.05时，⼈体就会受到损害。如果⼀个⼈的⾎液酒精浓度测量为0.08，也就意味着每100毫升⾎液中含有0.08克（80毫克）酒精。多年来，我国执⾏的醉酒驾驶标准是每百毫升⾎液中含酒精80毫克，下⾯将⽤0.08代替。
现在，交警有⼏种不同的设备可以测量BAC。呼⽓酒精分析设备主要有三种类型，它们基于不同的原理：呼⽓酒精测试仪-利⽤与酒精发⽣化学反应产⽣颜⾊变化；呼⽓测醉仪-通过红外（IR）光谱检测酒精；酒精传感器III或IV-检测燃料电池中酒精的化学反应。⽆论是哪种类型，每个设备都有⼀个吹⽓⼝，⼀个供司机吹⽓的管⼦，以及⼀个储存空⽓的样本室。设备的其余部分根据类型不同⽽有所区别。
呼⽓酒精测试仪装置包含：采集嫌疑⼈呼吸样本的系统；两个装有化学反应混合物的玻璃瓶；与仪表相连的光电池系统，⽤来测试与化学反应式相关的颜⾊变化。为了测量酒精含量，司机要对着仪器吹⽓。呼出的⽓体样本在⼀个⼩瓶中与硫酸、重铬酸钾、硝酸银和⽔的混合物反应。测量原理基于以下化学反应：
在这个反应中：硫酸将空⽓中的酒精溶解成液体溶液；⼄醇与重铬酸钾反应⽣成：硫酸铬、硫酸钾、⼄酸、⽔；硝酸银是⼀种催化剂，这种物质在不参与化学反应的情况下，加快反应进⾏。硫酸除了能从⽓体中转移酒精外，还可能为该反应提供所需的酸性条件。在这个反应中，红橙⾊的重铬酸盐离⼦与醇反应时变成绿⾊的铬离⼦；颜⾊变化的程度与排出空⽓中的酒精含量直接相关。
为了确定空⽓中的酒精含量，将反应的混合物与光电池系统中⼀瓶未反应的混合物进⾏⽐较，产⽣电流，使仪表中的针从静⽌位置移动。然后，操作者旋转旋钮，将针头带回原来的位置，这个过程旋钮旋转得越多，酒精含量就越⾼，从⽽读取酒精含量。
酒精的化学成分：酒精饮料中的酒精是⼄醇，⼄醇的分⼦结构是这样的：其中C是碳，H是氢，O是氧，每个连接符是原⼦间的化学键。分⼦上的羟基（O-H）是醇的官能团。这个分⼦中有四种键：碳-碳（C-C）、碳-氢（C-H）、碳-氧（C-O）、氢-氧（O-H）。原⼦间的化学键是共⽤的电⼦对。化学键⾮常像弹簧：它们可以弯曲和拉伸。这些性质对红外光谱法检测样品中的⼄醇具有重要意义。
呼⽓测醉器示意图。
A⽯英灯（红外光源），B吹⽓⼊⼝，C呼⽓出⼝，D样品室，E透镜，F过滤器叶轮，G光电管，H微处理器。这种设备利⽤红外光谱学，根据分⼦吸收的红外光来识别分⼦。分⼦不断振动，当分⼦吸收红外光时，这些振动就会发⽣变化。振动的变化包括各种键的弯曲和拉伸。分⼦内的每种键吸收不同波⻓的红外线。因此，为了识别样品中的⼄醇，你必须观察⼄醇中化学键的波⻓（C-O, O-H, C-H, C-C）并测量对红外光的吸收。
吸收的波⻓能够识别⼄醇这种物质，红外吸收的量告诉你酒精含量。
在呼⽓测醉仪中：灯产⽣宽带(多波⻓)红外光束；通过样品室的宽带红外光束，由透镜聚焦到旋转滤光轮上；过滤轮包含针对⼄醇中化学键的波⻓的窄带过滤器。通过每个滤光⽚的光被光电池检测，并在这⾥被转换成电脉冲；电脉冲被传送到微处理器，微处理器解读脉冲并根据红外光的吸收计算BAC。
现代燃料电池技术(将来可能为我们的汽⻋甚⾄家庭提供动⼒)已被应⽤于呼吸酒精检测仪。像酒精传感器III和IV这样的设备使⽤的燃料电池。燃料电池有两个铂电极，中间夹着多孔酸电解质材料。当嫌疑⼈呼出的⽓体流过燃料电池的⼀侧时，铂会氧化⽓体中的全部酒精，产⽣⼄酸、质⼦和电⼦。电⼦从铂电极流过导线。导线连接到电流计和另⼀端的铂电极上。质⼦穿过燃料电池的下部，与氧和另⼀侧的电⼦结合形成⽔。
被氧化的酒精越多，电流就越⼤。微处理器测量电流并计算BAC。
呼⽓酒精测试装置的操作⼈员都必须接受设备使⽤和校准⽅⾯的培训，特别是如果测试结果将⽤作酒后驾⻋检测的证据。执法⼈员可以携带与全尺⼨设备原理相同的便携式呼吸测试设备。然⽽，法官的判决可能会依据于呼吸测试的检测准确性，因此检察官更倾向于从全尺⼨设备获得结果。
酒精的氧化：如果在氧⽓存在的情况下，从⼄醇右边的碳上去掉氢，就会得到醋酸，这是醋的主要成分。⼄酸的分⼦结构是这样的：其中C是碳，H是氢，O是氧，连接符是原⼦间的单键，符号“=”是原⼦间的双键。当⼄醇氧化成⼄酸时，也产⽣两个质⼦和两个电⼦。