Alkoholtester: Technologie, Geschichte und Zukunft der Atemalkoholmessung

Hintergrund

Die Verhinderung alkoholisierter Fahrer im Straßenverkehr ist eine kritische öffentliche Sicherheitsaufgabe. Im Jahr 2000 wurden in den Vereinigten Staaten 41.812 Verkehrstote registriert, 40 % (16.725) davon alkoholbedingt – ein leichter Anstieg zum Vorjahr. Alle 32 Minuten ein Todesfall und alle 26 Sekunden eine Verletzung bei alkoholbedingten Unfällen.

Funktionsweise von Alkoholtestern

Atemalkoholtester (AAT) basieren auf dem Blut-zu-Atem-Verhältnis, das universell mit 2.100:1 angenommen wird. Das bedeutet, 2.100 ml tiefes Lungenluft enthalten dieselbe Alkoholmenge wie 1 ml Blut. Das Verhältnis wird durch das Henry-Gesetz bestimmt, das die Gaslöslichkeit mit dem Partialdruck verknüpft.

Für genaue Messungen müssen AAT tiefe Lungenluft erfassen. Jede Lunge beherbergt Millionen von Alveolen, wo der Gasaustausch stattfindet. Geräte erfordern eine anhaltende Ausatmung, um diese Luft zu gewinnen; andernfalls kann die Probe mit niedriger konzentrierter Luft verdünnt sein.

Es gibt zwei primäre AAT-Technologien:

• Infrarot: Atem strömt durch Infrarotlicht, das auf Alkohols Absorptionsfrequenz abgestimmt ist. Das verbleibende Licht gibt die Alkoholkonzentration an.
• Brennstoffzelle: Alkohol dient als Brennstoff für eine chemische Reaktion, die Strom erzeugt. Der produzierte Strom korreliert mit dem Atemalkoholgehalt.

Brennstoffzellen-AAT sind aufgrund ihrer Genauigkeit, Tragbarkeit und geringeren Kosten im Vergleich zu Infrarotgeräten am weitesten verbreitet.

Historische Meilensteine

Hippokrates stellte fest, dass Atem Gesundheitszustände verraten kann. Moderne AAT gehen auf 1938 zurück, als Dr. R. N. Harger den Drunkometer vorstellte. Nachfolgende Geräte – Intoximeter (1941), Alcometer (1941) und der tragbare Breathalyzer (1954 von Robert Borkenstein) – ersetzten nach und nach Blut- und Urintests, die langsamer und teurer waren.

Frühere Modelle erforderten ein Ballon-Ausatmen, um tiefe Lungenluft zu erfassen, doch Alkohol in Mundwasser oder anderen Substanzen konnte Ergebnisse verfälschen. Die 1980er Jahre brachten einen Wandel zu Brennstoffzellen- und Infrarottechnologien, getrieben von Forderungen nach Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Gerichtsverwertbarkeit.

Materialien und Design

Brennstoffzellen-AAT bestehen aus einer platinbeschichteten Brennstoffzelle, einer Pumpe, einem Mundstück, einer Leiterplatte (PCB) und einem LCD- oder LED-Display in einem Gehäuse aus niedrigdichtem Polyethylen (LDPE), Polypropylen (PP) oder Polystyrol (PS).

Die Brennstoffzelle nutzt zwei Elektroden in einem Elektrolyten; Alkohol wird angesaugt, reagiert chemisch und erzeugt einen elektrischen Strom, den das Gerät misst.

AAT werden kategorisiert als:

• Beweissicher: Große, stationäre Geräte für Polizeistationen; Ergebnisse sind gerichtsverwertbar.
• Screening: Tragbare, taschenrechnergroße Geräte für mobile Tests.
• Passiv: Handgeräte, die Umgebungsluft ohne Ausatmen des Nutzers analysieren.

Herstellungsprozess

1. Gehäusefertigung: LDPE, PP oder PS-Granulate werden geschmolzen, in eine Form gespritzt und zu Form gekühlt.
2. PCB-Bestückung: Glasfaserepoxid mit Kupferbahnen, vorbestückt mit Batteriefedern.
3. Pumpenbau: Ein 3-V-Motor treibt eine Edelstahlschnecke an, die Atem durch die Brennstoffzelle über einen Pyrex-Zylinder und Kolben drückt.
4. Montage: Pumpe, PCB, Display und Brennstoffzelle werden im Gehäuse verbaut; Verbindungen werden verlötet und gesichert.
5. Kalibrierung: Der AAT wird einer bekannten Alkoholkonzentration (Prüfgas oder -lösung) ausgesetzt und justiert interne Parameter automatisch.
6. Test: Hersteller führen 50+ Zyklustests durch, um Tieflungenerkennung und Genauigkeit zu verifizieren.
7. Zertifizierung: Geräte gehen an das US-Verkehrsministerium (DOT) zur Leistungsvalidierung und Aufnahme in die Conforming Products List.
8. Verpackung: Zugelassene AAT werden verpackt und an Großhändler oder direkt an Kunden versandt.

Qualitätskontrolle und Zertifizierung

Jeder AAT verfügt über eine selbstdiagnostische PCB, die bei unzureichender Tieflungenausatmung alarmiert und Luftstrom protokolliert. Hersteller führen rigorose Simulationstests durch – oft 200 Zyklen – mit Nassbad- oder Gassimulatoren, um Gerätewerte mit bekannten Alkoholkonzentrationen über einen Temperaturbereich (10 °C bis 30 °C) zu vergleichen.

Das DOT verlangt, dass AAT Alkohol von Aceton bei niedrigen Konzentrationen (0,02 % v/v) unterscheiden können und dass Vollzugsbeamte vor Einsatz zertifiziert sind.

Zukunft der Atemalkoholmessung

Tragbare, kostengünstige Brennstoffzellengeräte werden zum Standard für sowohl Strafverfolgung als auch Verbrauchermärkte. Handgeräte ermöglichen Einzelpersonen die Überprüfung gesetzlicher Grenzwerte, während Alkoholausschankbetriebe Vor-Ort-Tests anbieten können. Zwar etwas weniger präzise als professionelle Geräte, bieten Verbraucher-AAT Zugänglichkeit und Erschwinglichkeit.

DOT-Vorschriften schreiben zufällige Alkoholtests für Millionen sicherheitsrelevanter Mitarbeiter in Lkw-Verkehr, Luftfahrt, Schiene, ÖPNV und Schifffahrt vor. Nicht-regulierte Unternehmen führen solche Tests zunehmend zur Förderung der Arbeitssicherheit ein.

Staatliche Promillegrenzen lagen 2001 im Durchschnitt bei 0,10 BAC, viele Bundesstaaten erzwangen 0,08 BAC, was 10 bzw. 8 mg Alkohol pro 100 ml Blut entspricht.

Weiterführende Literatur

Bücher

Considine, Douglas M., Hg. Van Nostrand's Scientific Encyclopedia. 8. Aufl., New York: International Thomson Publishing Inc., 1995.

Fachzeitschriften

National Center for Statistics and Analysis. Motor Vehicle Traffic Crash Fatality and Injury Estimates for 2000, 2000 Annual Assessment of Motor Vehicle Crashes.

Online-Ressourcen

"About Breath Tests." Menssanna Research, Inc. Dezember 2001.

Craig C. Freudenrich. "How Breathalyzers Work." How Stuff Works Dezember 2001.

Life Loc Technologies, Inc. Web Page Dezember 2001.