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DE2640480A1 - Messfuehler fuer ein alkohol-messgeraet - Google Patents

Messfuehler fuer ein alkohol-messgeraet

Info

Publication number
DE2640480A1
DE2640480A1 DE19762640480 DE2640480A DE2640480A1 DE 2640480 A1 DE2640480 A1 DE 2640480A1 DE 19762640480 DE19762640480 DE 19762640480 DE 2640480 A DE2640480 A DE 2640480A DE 2640480 A1 DE2640480 A1 DE 2640480A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
alcohol
breath
substance
reducing
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19762640480
Other languages
English (en)
Other versions
DE2640480C2 (de
Inventor
Norbert Dr Ing Kirmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Sachs Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sachs Systemtechnik GmbH filed Critical Sachs Systemtechnik GmbH
Priority to DE19762640480 priority Critical patent/DE2640480C2/de
Publication of DE2640480A1 publication Critical patent/DE2640480A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2640480C2 publication Critical patent/DE2640480C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/497Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • G01N33/4972Determining alcohol content

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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

  • Meßfühler für ein Alkohol-Meßgerät
  • - Zusatz zu Patentanmeldung P 24 28 352.1 (Hauptpatent) -Die Erfindung betrifft einen Meßfühler, bestehend aus einem bei Beaufschlagen mit reduzierenden Gasen seine elektrische Leitfahigkeit ändernden Material, insbesondere aus einem wenigstens ein Metalloxid enthaltenden Material, für ein die Konzentration von Alkoholdampf in der Atemluft durch Messen des elektrischen Widerstands des Materials ermittelndes Meßgerät.
  • Ein nach diesem Prinzip arbeitender Meßfühler ist aus der Zeitschrift"Elektronik" 1972, eft 5, Seiten 155 und 156 bekannt. Der Meßfühler besteht aus einem Material, das bei Kontakt mit reduzierenden Gasen oder Dämpfen seinen spezifischen elektrischen Widerstand verändert. Er kann z.B. einen in der Hauptsache aus Zinnoxid-, Zinkoxid- und Eisen-III-Oxidteilchen zusammengesinterten Körper aufweisen. In den Körper sind zwei voneinander beabstandete Elektroden eingebettet, die die Messung des elektrischen Widerstands ermöglichen. Der Widerstandswert wird durch eine an der Oberfläche des Körpers stattfindende elektrochemische Reaktion bestimmt, bei der ein elektrischer Ladungsausgleich zwischen dem Material des Körpers und den an der Oberflache des Materials adsorbierten Molekülen stattfindet. Sneziell von Bedeutung ist der an der Oberfläche adsorbierte Sauerstoff der Luft, der aus dem IIalbleitermaterial des Körpers Elektronen aufnimmt und dadurch als negative Ladung adsorbiert wird. Als folge der Adsorntion nimmt jedoch die Dichte der im Halbleitermaterial frei beweglichen Leitungselektronen ab und es entsteht eine Raumladungszone mit verminderter Leitfähigkeit.
  • Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, der bei konstantem Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre sowie konstanter Temneratur des Körpers (mittels eines eingebauten Heizdrahtes) zu konstanter Leitfähigkeit des Halbleitermaterials führt.
  • Im Gegensatz zum Sauerstoff der Luft geben reduzierende Substanzen Elektronen an das Halbleitermaterial ab. Gelangen reduzierende Gasmoleküle auf die Oberfläche des Körpers, so werden sie als positive Ladungen adsorbiert und verschieben das die elektrische Leitfähigkeit bestimmende Gleichgewicht, indem sie eine Raumladungszone höherer Elektronendichte schaffen und auf diese Weise die Leitfähigkeit erhöhen. Es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein, wobei die elektrische Leitfähigkeit und damit der elektrische Widerstand des Materials ein Maß für die Konzentration des reduzierenden Gases ist.
  • Der bekannte Meßfühler läßt sich vorteilhaft bei der Bestimmung der Alkoholkonzentration des Bluts durch Messen der Alkoholkonzentration der Atemluft verwenden, wenn sichergestellt ist, daß die Alkoholkonzentration der tiefen Lungenluft gemessen wird.
  • Ein hierfür geeignetes Meßgerat ist aus der DT-OS 24 28 352 bekannt. Da jedoch der Meßfühler nicht nur allein auf reduzierenden Alkoholdampf der Atemluft anspricht, sondern auch auf andere reduzierende Gase oder Dämpfe, können diese Gase bzw.
  • Dämpfe das Meaergebnis verfälschen. Störend können sich z.B.
  • die bei Diabetikern auftretenden Ketone, insbesondere Aceton, auswirken. Gleichermaßen kann das bei Mundfäulnis auftretende Methan oder Kohlenmonoxid aus Zigarettenrauch sowie Aromate nach dem Genuß von Fruchtsäften und dergleichen das Meßergebnis verfälschen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Meßfehler eines die Alkoholkonzentration in der Atemluft messenden Meßgeräts, welcher durch reduzierende Gase oder Dämpfe, die neben Alkohol in der Atemluft auftreten,hervorgerufen wird, zu vermindern bzw. zu eliminieren.
  • Ausgehend von dem eingangs näher erläuterten Meßfühler wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Meßfühlers mit einer Substanz beschichtet ist, die Alkohol leichter löst oder in Alkohol leichter löslich ist als in der Atemluft auftretende, das Meßergebnis verfälschende, reduzierende Gase oder Dämpfereduzierender Substanzen, insbesondere Ketone, Aceton, Methan, Kohlenmonoxid, Aromate.
  • Die Schicht kann hierbei so beschaffen sein, das'sie durch Alkohol gequollen, d.h. aufgeweicht wird; sie kann aber auch mit Alkohol in der Weise reagieren, daß bei der Reaktion abgegebene oder aufgenommene Elektronen die Raumladungsdichte im Material des Meßfühlers beeinflussen. Da Alkohol in jedem Fall bessere Löslichkeitseigenschaften aufweist als die in der Atemluft auftretenden Störgase bzw. Dämpfe, wird das Raumladungsgleichgewicht des Meßfühlers im wesentlichen nur noch durch den Alkoholdamef der Atemluft beeinflusst.
  • Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Schicht aus einer wasserlöslichen, insbesondere hygroskopischen Substanz besteht. Der in der Atemluft angereicherte Wasserdampf erleichtert die Bildung einer Lösung zwischen dem Alkohol und der Schicht.
  • Geeignete Substanzen sind: ß-Alanimin, Antrachinonsulfonsäure, Anthranilsaure-N-benzoat, Benzoessaure-benzvlester, Benzol-azo-naphthylamin (-2), L-3,4-DihYdroxynhenylalanin, 8-Hxdroxy-chinolincarbonsäure -(5), Aluminiumchlorid, Kaliumdicvanoaurat, Bariumoxid, Eisen-(II)-sulfat, Magnesiumsulfat.
  • Besonders gute Ergebnisse konnten mit Aluminiumchlorid, d.h.
  • AlCl3-(6 H20) erzielt werden.
  • Die beigefügte Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßfühlers. Dieser weist einen Sinterkörper 1 auf, in den zwei voneinander beabstandete Elektroden 3,5 zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit des Sinterkörpers 1 eingebettet sind.
  • Der Sinterkörner 1 ist im wesentlichen aus Zinnoxid-, Zinkoxid-und Eisen-III-Oxidteilchen zusammengesintert. Dieses Material hat halbleitende Eigenschaften, wobei seine Leitfähigkeit durch an seiner Oberfläche adsorbierte oxidierende bzw. reduzierende Gase und Dämpfe beeinflusst wird. Oxidierende Substanzen verringern die Leitfähigkeit, da sie dem Sinterkörper 1 freie Leitungselektronen entziehen; reduzierende Substanzen erhöhen die Leitfähigkeit. Es stellt sich ein vom Partialdruck der Gase sowie von der Temperatur abhängiges Gleichgewicht ein.
  • Durch eine weiterhin in den Sinterkörper 1 eingebettete Heizspirale 7 kann das Gleichgewicht verschoben werden, etwa indem nach einer Messung die Temperatur des geheizten Sinterkörpers erhöht und adsorbierte reduzierende Gase dadurch wieder schneller desorbiert werden. Gegebenenfalls können die Elektroden 3,5 als Heizspiralen ausgebildet sein.
  • Um zu erreichen, daß der Meßfühler quasi spezifisch auf Alkoholdämpfe anspricht, ist er mit einer dünnen, gegebenenfalls porösen Schicht 9 aus Aluminiumchlorid (AlCl3.6 H2O) überzogen. Die Schicht 9 hat die Eigenschaft, daß sie mit Alkohol zusammen leichter Lösungen bildet als mit anderen reduzierenden Gasen der Atemluft, wie z.B. Ketonen,insbesondere Aceton, sowie Methan, Kohlenmonoxid, und Aromaten.
  • In der Atemluft von Diabetikern kann das Verhältnis Aceton zu Äthanol etwa 1:5 betragen. Die Ansprechempfindlichkeit des Meßfühlers läßt sich für Aceton ohne weiteres auf 1/1o des beim unbeschichteten Sinterkörper sich ergebenden Werts senken, so daß insgesamt gesehen der durch Aceton verursachte Meßfehler vernachlässigt werden kann.
  • - Patentansprüche:

Claims (4)

  1. PatentansrDrüche 1. Meßfühler, bestehend aus einem bei Beaufschlagen mit reduzierenden Gasen seine elektrische Leitfähigkeit ändernden Material, insbesondere aus einem wenigstens ein Metalloxid enthaltenden Material, für ein die Konzentration von Alkoholdampf in der Atemluft durch Messen des elektrischen Widerstands des Materials ermittelndes Meßgerät, insbesondere eines Meßgeräts nach der Patentanmeldung P 24 28 352.1 (tIauntoatent ...), dadurch gekennzeichnet, daß seine Oberflache mit einer Substanz beschichtet ist, die Alkohol leichter löst oder in Alkohol leichter löslich ist als in der Atemluft auftretende, das Meßergebnis verfälschende, Gase oder Dämpfe reduzierender Substanzen, insbesondere Ketone, Aceton, Methan, Kohlenmonoxid, Aromate.
  2. 2. Meßfühler nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz wasserlöslich ist.
  3. 3. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz hygroskonisch ist.
  4. 4. Meßfehler nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9) aus ß-Alanimin und/oder Antrachinonsulfonsäure und/oder Anthranilsiure-N-benzoat und/oder Benzoessaure-benzvlester und/oder Benzol-azonanhthylamin(-2) und/oder L-3 , 4-Dihydroxyphenylalanin und/ oder 8-Hydroxy-chinolincarbonsäure - (5) und/oder Kaliumdicyanoaurat und/oder Bariumoxid und/oder Eisen-(II)-sulfat und/oder Magnesiumsulfat und/ oder vorzugsweise Aluminiumchlorid besteht.
DE19762640480 1976-09-08 1976-09-08 Meßfühler für ein Alkohol-Meßgerät Expired DE2640480C2 (de)

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DE2640480C2 DE2640480C2 (de) 1982-09-02

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2908662A1 (de) * 1978-03-07 1979-09-20 Draegerwerk Ag Atempruefgeraet
CN112326741A (zh) * 2020-09-17 2021-02-05 上海大学 一种mems糖尿病呼出气检测传感器及其制备方法和应用

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2442593A1 (de) * 1974-09-05 1976-03-18 Draegerwerk Ag Fuehler zur feststellung und/oder messung von alkohol und ein herstellverfahren dazu

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Title
Elektronik, 1972, H. 5, S. 155-156 *

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