Nachweis von Alkohol in Blut und Atemluft

Experimente:
Versuch: Die klassische Atemalkoholprobe
Versuch: Alkoholtest mit der Alkohol-Dehydrogenase (ADH)


Unter der Einwirkung von Alkohol können Autofahrer nicht mehr rasch genug reagieren. Deshalb ist es notwendig, durch Kontrollen und Strafen Autofahrer vom Alkoholtrinken vor und während der Fahrt abzuschrecken.

Zum Nachweis von Alkohol in Atemluft oder Blut gibt es verschiedene Testverfahren. Zuvor müssen wir aber noch etwas klären:


Die Konzentrationsangaben bei den Alkoholnachweisen
Entsprechend den untersuchten Medien (Luft oder Flüssigkeit) sind die Konzentrationsangaben unterschiedlich.

- Bei der Atemalkoholprobe gibt man die gemessene Atemluftalkoholkonzentration (AAK) in mg Ethanoldampf je Liter Atemluft an.
- Die Blutalkoholkonzentration (BAK) hat als Maßeinheit Promille. Diese Angabe bedeutet die Ethanolmenge in Gramm je Liter Blut.
- Beide Werte müssen vergleichbar sein. Das Straßenverkehrsgesetz (§ 24a) definiert deshalb - für Naturwissenschaftler vielleicht nicht so ganz schlüssig - die ersten Grenzwerte für eine Ordnungswidrigkeit:

Der BAK-Wert = 0,5 Promille entspricht einem AAK-Wert = 0,25 mg / L

Die zweiten Grenzwerte sind entsprechend: 0,8 Promille bzw. 0,4 mg/Liter. Halten wir uns also daran! Da reicht manchmal schon ein halber Liter Bier!


Die klassischen Verfahren

1 Der klassische Atemalkohol-Test beruht auf der Oxidation von Ethanol durch rotgelbe Chrom(VI)-Verbindungen in saurem Milieu, die dabei zu grünen Chrom(III)-Verbindungen reduziert werden (-> Versuch). Je grüner das Anzeigeröhrchen wird, desto mehr Alkohol befindet sich im Blut und damit in der Atemluft.

Die Redoxgleichungen lauten:

2 Bei der klassischen Blutprobe untersucht man das vom Verdächtigen entnommene Blut mit Hilfe der Alkoholdehydrogenase (-> Versuch). Dieses Enzym, das auch in der Leber vorkommt, katalysiert die folgende Reaktion:

C2H5OH + NAD+ ———> CH3-CHO + NADH + H+

Oxidationsmittel ist NAD+. Die Menge an NADH wird UV-spektroskopisch ermittelt. Sie ist direkt proportional zum Alkoholgehalt des Bluts.


Die modernen Verfahren zur Alkoholbestimmung
Moderne Verfahren (Alcotest) arbeiten letztlich auf elektronischer Basis. Die Messungen werden durch eine interne Ethanolprobe als Standard geeicht. Als Bezugsgröße bei den Messungen dient die Umgebungsluft.

1 Eine Art der Atemalkoholprobe erfolgt mit Infrarot (IR)-Strahlung. Man muss in eine Apparatur pusten, deren Dampfraum mit IR-Strahlung bestimmter Wellenlängen (im Allgemeinen bei 3 und 9 µ) durchstrahlt wird. Je höher die Konzentration des Alkohols im Gasraum ist, desto mehr IR-Strahlung wird absorbiert. Die Messung erfolgt durch ein Thermoelement. Auswertung und Anzeige erfolgen elektronisch.

IR-Spektrum von Ethanol (flüssig)

2 Ein anderes Verfahren der Atemalkoholprobe beruht auf einem elektrochemischen Sensor. Eine oxidische Keramik (zum Beispiel Galliumoxid Ga2O3) addiert Ethanol und oxidiert es. Dabei ändert sich die elektrische Leitfähigkeit des chemischen Schnüfflers. Daraus wird die Menge der übertragenen Ladungen berechnet.
3 Im Allgemeinen werden infrarotoptische Messung und elektrochemische Messung in einem Gerät gekoppelt. Die Verfahren arbeiten aber unabhängig voneinander. Auf diese Weise ist das Messergebnis hochspezifisch für Ethanol und erfasst zum Beispiel nicht Aceton, das in der Atemluft von Zuckerkranken auftreten kann, oder andere Fremdgase wie Benzin- oder Lackdämpfe.
4 Die ganz modernen Geräte leiten die eingepustete Atemluft noch durch eine Verbrennungsanlage, wo die Verbrennungswärme der Probe gemessen wird. Aus der zuvor ermittelten Konzentration und aus der darauf bezogenen Verbrennungswärme kann sicher auf Alkohol geschlossen werden. Diese Methode gilt als nicht mehr anfechtbar.
5 Für Blutuntersuchungen im Labor sind Gaschromatographen mit angeschlossenem Massenspektrographen (GC/MS-Kopplung) im Einsatz. Sie erlauben nicht nur die Bestimmung der Alkoholkonzentration, sondern auch die Ermittlung der Art des getrunkenen Alkohols und darüber hinaus auch die Bestimmung der Marke.
6 GC/MS bedeutet Kopplung von Gaschromatographie (GC) und Massenspektrometrie (MS). Man nimmt eine Blutprobe und untersucht den Gasraum darüber. Der enthält viele verdampfbare Stoffe, die aus den genossenen Getränken stammen. In alkoholischen Getränken ist schließlich nicht nur Ethanol enthalten, sondern man findet dazu auch noch andere Alkohole, Ketone, Ester und so weiter.
Diese Substanzen werden mit Hilfe der GC aufgetrennt. Für jeden Stoff gibt es ein Messsignal ("Peak") mit typischer zeitlicher Lage und Form, womit man die Stoffarten bestimmt. Aus der Intensität des Messsignals (Höhe und Fläche der Peaks) ermittelt man die Konzentrationen der Stoffe. Denn es gibt einen physikochemischen Zusammenhang zwischen Konzentration im Gasraum und im Blut.
Anschließend werden die den Peaks zugehörigen Stoffe noch einmal sicher identifiziert, indem man das Gas eines jeden Peaks in die MS-Apparatur einleitet. Mit ihr lässt sich ihre Molmasse bestimmen. Hierzu müssen die Stoffe elektrisch geladen, also ionisiert werden. Einige Stoffe zerfallen dabei. Auch das Zerfallsmuster der Moleküle in der MS-Apparatur ist stoffspezifisch, so dass man auch Isomere unterscheiden kann.
Mit Hilfe der GC/MS-Kopplung kann man also nicht nur sagen, wie viel Promille Alkohol Sie im Blut haben, sondern auch, was Sie getrunken haben und sogar auch noch die Schnapsmarke und bei Weinbrand auch den Jahrgang benennen.


Der Blut-Alkoholspiegel baut sich langsamer ab, als man denkt
Viele Leute setzen sich nach den abendlichen Bierchen morgens früh ans Steuer und fahren los. Wenn sie kontrolliert werden - zum Beispiel bei der Aufnahme eines Unfalls - sind sie erstaunt, dass sie noch eine Menge Restalkohol im Blut haben. Als Faustregel gilt: Pro Stunde werden 0,1 Promille abgebaut. Verlassen sollten Sie sich darauf aber nicht...


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Letzte Überarbeitung: 23. Februar 2007, Dagmar Wiechoczek