DE7721509U

DE7721509U - Device for the rapid determination of alcohol in body fluids

Info

Publication number: DE7721509U
Application number: DE19777721509
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1978-02-09

Description

Vorrichtung zur Schneirbestimmung von Alkohol in KörperflüssigkeitenDevice for determining the volume of alcohol in Body fluids

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schnellbestimmung von Alkohol in Körperflüssigkeiten, die zum Einbau oder zur Verwendung in Geräten zur Bestimmung von Alkohol in Körperflüssigkeiten, wie Blut, Sörum, Speichel, milch, Liquor und Urin geeignet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer rechteckigen oder abgerundeten Meßzelle (1a) besteht, die sich-aus Verdampfungsraum, poröser, auf Alkohol sensibilisierter Meßelektrode, Einlaßvorrichtung und porösem Boden zusammensetzt, wobei sich in der Mitte des Verdampfungsraumes ein Streifen aus porösem, saugfähigem, dünnem Material befindet, der über eine Ein- und Ausführungsvorrichtung in den Verdampfungsraum ein- bzw. ausgeführt werden kann, und daß die Meßzelle in einem thermosta"öisierbarem Gehäuse befestigt ist, welches eine Vorrichtung zur Konstanthaltung des Wasserdampfgehaltes im Gehäuse und in der Meßzelle enthält (Hygrostat).The invention relates to a device for the rapid determination of alcohol in body fluids, which is intended for installation or for use Suitable in devices for the determination of alcohol in body fluids such as blood, soerum, saliva, milk, liquor and urine which is characterized in that it consists of a rectangular or rounded measuring cell (1a) which is composed of Composed evaporation chamber, porous, alcohol-sensitized measuring electrode, inlet device and porous bottom, wherein In the middle of the evaporation space there is a strip of porous, absorbent, thin material that has an inlet and execution device in the evaporation chamber. can be carried out, and that the measuring cell in a thermosta "öisbaren Housing is attached, which is a device for keeping the water vapor content constant in the housing and in the Measuring cell contains (hygrostat).

Bekannt sind Geräte zur elektrochemischen Bestimmung von Atemalkohol, die indirekt über eine Dampfraumanalyse (head space analysis) auch eine Analyse von Blutalkohol erlauben. Verdampfung und Oxydation des Alkohols zur Essigsäure an der Meßelektrode finden hintereinander in voneinander getrennten räumlichen Einheiten statt.Devices for the electrochemical determination of breath alcohol are known, indirectly via a head space analysis (head space analysis) also allow an analysis of blood alcohol. Evaporation and oxidation of the alcohol to acetic acid on the measuring electrode take place one after the other in separate spatial units.

Die genannten Geräte haben den Nachteil, daß die Einstellung des Verdampfungsgleichgewichts einen längeren Zeitraum benötigt. Die langsame Einstellung des Verdampfungsgleichgewichts kann bei zu kurzer Sättigungsdauer zu niedrige Analysenwerte-ergeben.The devices mentioned have the disadvantage that the setting of the evaporation equilibrium requires a longer period of time. The slow setting of the evaporation equilibrium can result in analysis values that are too low if the saturation time is too short.

Ein weitererNachteil ist, daß ein großer Überschuß an flüssiger Probe benötigt wird, da zur Analyse nur ein Anteil der verdampften Probe entnommen wird.Another disadvantage is that a large excess of liquid Sample is required because only a portion of the vaporized sample is taken for analysis.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die zu untersuchende flüssige Probe auf einen dünnen, porösen, saugfähigen Träger aufzutragen, wo der Alkohol verdampft und unmittelbar über die Dampfphase an eine auf Alkohol sensibilisierte Meßelektrode gelangt, deren Potentialänderung der umgesetzten Alkoholmenge proportional ist. Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, die Verdampfung des Alkohols direkt in der Meßzelle stattfinden zu lassen, sodaß Verdampfung und elektrochemische Umsetzung simultan verlaufen. Hierzu wurde im Gasraum über der Meßelektrode ein dünner Filterpapierstreifen montiert, auf welchen durch eine Einlaßvorrichtung mittels einer Dosiervorrichtung, z.B. einer Mikroliterspritze oder -pipette, die Probe aufgetragen wird. Es wurde gefunden, daß bei geeigneter Wahl des Filterpapiers die Probe sich gleichmäßig und reproduzierbar auf dem Filter ausbreitet, und daß der Alkohol rasch verdampft, sodaß die gleichzeitig ablaufende elektrochemische Umsetzung an der Meßelektrode durch den Verdampfungsvorgang nicht gestört wird.The object of the invention was to create a device which makes it possible to apply the liquid sample to be examined to a to apply thin, porous, absorbent carrier, where the alcohol evaporates and immediately via the vapor phase to an on alcohol Sensitized measuring electrode arrives, the change in potential of which is proportional to the amount of alcohol converted. Such Device makes it possible to let the evaporation of the alcohol take place directly in the measuring cell, so that evaporation and electrochemical conversion run simultaneously. For this purpose, a thin strip of filter paper was placed in the gas space above the measuring electrode mounted on which through an inlet device by means of a metering device, e.g. a microliter syringe or -pipette, the sample is applied. It has been found that with a suitable choice of the filter paper, the sample becomes uniform and reproducibly spreads on the filter, and that the alcohol evaporates quickly, so that the simultaneous running electrochemical conversion at the measuring electrode is not disturbed by the evaporation process.

Auf den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Verdampfung und elektrochemischen Bestimmung des Blutalkohols wiedergegeben und zwar in Abb. 1 in der Seitenansicht und in Abb. 2 in Draufsicht. Ein abgeschlossener Verdampfungs- bzw. Analysenraum (1), der durch das Zellengehäuse in der Form einer rechteckigen oder abgerundeten Dose und die flächenförmige !■leßelektrode begrenzt ist, enthält in der Mitte einen Streifen (2) aus porösem, saugfähigem, dünnem Material, beispielsweise aus Filterpapier oder Textilstoff, der durch Schlitze imIn the drawings is a device for simultaneous evaporation and electrochemical determination of blood alcohol shown in Fig. 1 in the side view and in Fig. 2 in plan view. A closed evaporation or analysis room (1), which through the cell housing in the form of a rectangular or rounded box and the flat electrode is limited, contains a strip in the middle (2) made of porous, absorbent, thin material, for example made of filter paper or textile material, which is inserted through slits in the

äußeren Gehäuse und in der Meßzelle über eine Sin- und Ausführung svorrichtung (3)₅ beispielsweise dicht abschließende Rollen oder Dichtungsstreifen, in den Verdampfungsraum ein- bzw. ausgeführt und über der Meßelektrode hinweggezogen werden kann gegebenenfalls entlang nicht eingezeichneter Führungsschienen.outer housing and in the measuring cell via a sin and execution device (3) _5, for example tightly sealing rollers or sealing strips, in or out of the evaporation chamber and pulled over the measuring electrode can optionally along guide rails not shown.

Der Streifen (2) kann vor bzw. hinter der Ein- bzw. Ausführungsvorrichtung durch eine in der Zeichnung nicht angegebene Aufroll- bzw. Sammelvorrichtung bewegt werden. Im Abstand von etwa 0,5-50 mm, .bevorzugt von 1-10 mm und besonders bevorzugt von 3-5 mm vom Streifen (2) ist eine auf Alkohol sensibilisierte, bipolare, poröse und mit Elektrolyt benetzte rießelektrode (4) montiert, an der der zu bestimmende Äthylalkohol quantitativ zu Essigsäure oxydiert wird. Alkoholsensible Meßelektroden sind aus der Literatur bekannt (siehe H. Huck: Zeitschrift für Analytische Chemie, 270(1974)266 und Electroanalytical Chemistry and interfacial Electrochemistry, 53(1974)121). Die flächenförmig angeordnete Meßelektrode (4) erstreckt sich zweckmäßigerweise über den ganzen Querschnitt des Analysenraumes und ist dann auch eine seiner Begrenzungsflächen. Gegenüber dem Streifen (2) befindet sich in der Gefäßwand des Verdampfungsraumes eine Einlaßvorrichtung, z.B. ein Kapillarrohr (5), durch das mittels einer Dosiervorrichtung, z.B. einer Mikroliter-Spritze oder -Pipette die Probe eindosiert v/erden kann. Filterstreifen (2) und Meßelektrode (4) sind Bestandteile der Meßzelle (1a), die in einem thermostatisierbaren Gehäuse (8) befestigt ist. Der Boden des Gehäuses (8) ist durch einen Hygrostaten, z.B. einen anfeuchtbaren Schwamm (7) abgedeckt, der sich im Raum zwischen Meßzelle mit porösem Boden (9) und äußerem GehäuseThe strip (2) can be in front of or behind the entry or exit device by means of a roll-up or roll-up device not specified in the drawing. Collecting device are moved. At a distance of about 0.5-50 mm,. Preferably 1-10 mm and particularly preferably 3-5 mm from On the strip (2) there is a bipolar, porous, alcohol-sensitized, drawing electrode (4) wetted with electrolyte. on which the ethyl alcohol to be determined is oxidized quantitatively to acetic acid. Alcohol-sensitive measuring electrodes are from the Literature known (see H. Huck: Zeitschrift für Analytische Chemie, 270 (1974) 266 and Electroanalytical Chemistry and interfacial Electrochemistry, 53 (1974) 121). The measuring electrode (4), which is arranged in a planar manner, expediently extends over the entire cross-section of the analysis room and is then also one of its boundary surfaces. Opposite the strip (2) there is an inlet device in the vessel wall of the evaporation space, e.g. a capillary tube (5) through which means a dosing device, e.g. a microliter syringe or -Pipette can dispense the sample. Filter strips (2) and measuring electrode (4) are components of the measuring cell (1a), the is fixed in a thermostattable housing (8). The bottom of the housing (8) is through a hygrostat, e.g. a Moistenable sponge (7) covered, which is in the space between the measuring cell with a porous base (9) and the outer housing

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befindet und den gleichen Elektrolyten wie die poröse Meßelektrode (4-) enthält. Dadurch wird erreicht, daß sich im Gehäuse (8) und in der Meßzelle (1a) bzw. im Analysenraum (1) dixrch Diffusion ein konstanter Wasserdampfgehalt einstellt. Der Schwamm kann auch wässrige Lösungen anderer Substanzen mit Konzentrationen gleichen Wasserdampfpartialdruckes enthalten.and the same electrolyte as the porous measuring electrode (4-) contains. This ensures that there is a dixrch in the housing (8) and in the measuring cell (1a) or in the analysis room (1) Diffusion sets a constant water vapor content. The sponge can also contain aqueous solutions of other substances with concentrations of the same water vapor partial pressure.

Zur Beschleunigung der Verdampfung des Alkohols und des Stofftransportes kann sich in der Meßzelle ein nicht eingezeichneter Umwälzer .befinden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, mit nicht hygroskopischen, festhaftenden Salzen (z.B. Natriumcitrat) imprägnierte Filterpapierstreifen (2) zu verwenden, um zu verhindern, daß nach der Probenaufgabe neben Alkohol auch Wasser verdampft, wodurch sich durch die Ausbildung einer Konzentrationskette eine zusätzliche Potentialänderung (Leerwert) ergeben würde.To accelerate the evaporation of alcohol and the transport of substances A circulator (not shown) can be located in the measuring cell. It turned out to be useful with not impregnated with hygroscopic, firmly adhering salts (e.g. sodium citrate) Use filter paper strips (2) to prevent water from evaporating in addition to alcohol after the sample has been applied, which would result in an additional change in potential (blank value) due to the formation of a concentration chain.

Die Ausführung der Elektrode ist an die beispielsweise Darstellung nicht gebunden. Es sind auch andere Formgebungen der Elektrode (4) anwendbar. So können neben scheibenförmigen Meßelektroden auch zylindrische Elektroden mit Filterstreifen senkrecht zur Zylinderachse Verwendung finden. Der Träger (2; kann neben Filterpapier auch aus einem anderen porösen, saugfähigen, dünnen Material bestehen, da lediglich die Bedingung erfüllt sein muß, daß sich die zu untersuchende Flüssigkeit gleichmäßig unter Bildung eines Fleckes mit großem Verhältnis von Oberfläche zur Dicke, aus dem der zu bestimmende Alkohol schnell verdampft, auf dem Träger ausbreitet.The design of the electrode is not tied to the illustration, for example. There are also other shapes of the Electrode (4) applicable. In addition to disk-shaped measuring electrodes cylindrical electrodes with filter strips perpendicular to the cylinder axis can also be used. The carrier (2; can In addition to filter paper, they also consist of another porous, absorbent, thin material, since only the condition must be met must that the liquid to be examined is uniformly formed with the formation of a spot with a large ratio of surface to Thickness from which the alcohol to be determined evaporates quickly spreads to the wearer.

Zur Durchführung der Alkoholbestimmung wird mittels der Dosiervorrichtung die Probe auf den Streifen (2) aufgebracht. Die Proben können verdünnt oder unverdünnt sein. Bei der Aufgabe von BlutTo carry out the alcohol determination, the dosing device the sample is applied to the strip (2). The samples can be diluted or undiluted. When giving up blood

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mit einer Mikroliter sprit ze oder -pipette ist eine Verdünnung rait einem üblichen Antikoagulans zweckmäßig, z.B. mit 0,1 molarer wässriger iNatriumcitratlösung in einem Mischungsverhältnis von Blut zur Verdünnungslösung von 10:1 bis 1.:10. Innerhalb dieses Bereichs haben stärkere Verdünnungen den Vorteil der geringeren Viskosität und damit einer besseren Fließeigenschaft. Die Probenmenge richtet sich nach der Empfindlichkeit der Meßanordnung. Beim Einsatz der angeführten sehr empfindlichen Meßelektrode zur Bestimmung von Alkohol in Körperflüssigkeiten mit einem Alkoholgehalt bis zu 5 Promille werden die angewandten Probenvolumina zweckmäßigerweise im Bereich von 1-10 Mikroliter liegen, vorzugsweise bei 2-5 Mikroliter. Die auf dem Streifen (2) aufgebrachte flüssige Probe verteilt sich im Streifen unter Ausbildung eines Fleckes, dessen Durchmesser vom Probenvolumen und der Dicke des Streifens bestimmt wird. Bei einem Aufgabevolumen von 2 Mikroliter und einem Filterpapierstreifen von ca. 0,1 mm Dicke beträgt der Fleckendurchmesser etwa 8 mm. Die Breite des Streifens soll mindestens etwa dem Fleckendurchmesser entsprechen, muß aber kleiner sein als der Durchmesser der Meßelektrode, um die Diffusion aus d.em Dampf raum an die Meßelektrode nicht zu behindern. In dem Maße wie der Alkohol aus dem Träger verdampft, setzt er sich an der Meßelektrode um. Die sich dabei einstellende Spannungsänderung wird durch ein außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindliches Millivoltmeter oder einen mV-Schreiber über einen vorgegebenen Außenwiderstand angezeigt. Die elektrischen Anschlüsse (10) sind am Gehäuse (8) montiert. Als Meßwert gilt der maximale Ausschlag des Meßinstrumentes, der der umgesetzten Alkoholmenge proportional ist. Im allgemeinen ist der Meßvorgang 30^-60 see nach der Probenaufgabe abgeschlossen. Nach der MessungUsing a microliter syringe or pipette is a dilution It is advisable to use a common anticoagulant, e.g. 0.1 molar aqueous iSodium citrate solution in a mixing ratio of blood to the dilution solution of 10: 1 to 1.:10. Inside this In the area, stronger dilutions have the advantage of lower viscosity and thus better flow properties. The amount of sample depends on the sensitivity of the measuring arrangement. When using the mentioned very sensitive measuring electrode for the determination of alcohol in body fluids with a Alcohol content up to 5 per thousand are the sample volumes used expediently in the range of 1-10 microlitres, preferably 2-5 microlitres. The one applied to the strip (2) Liquid sample is distributed in the strip with the formation of a spot, the diameter of which depends on the sample volume and the thickness of the strip is determined. With a feed volume of 2 microliters and a filter paper strip approx. 0.1 mm thick the spot diameter is about 8 mm. The width of the stripe should be at least approximately the same as the diameter of the spot, but it must be smaller than the diameter of the measuring electrode to prevent diffusion not to obstruct the measuring electrode from the vapor space. As the alcohol evaporates from the carrier, it will settle at the measuring electrode. The change in voltage that occurs in the process is controlled by a device outside of the device according to the invention existing millivoltmeter or an mV recorder is displayed via a specified external resistance. The electric Connections (10) are mounted on the housing (8). The measured value is the maximum deflection of the measuring instrument, that of the amount of alcohol converted is proportional. In general, the measurement process is completed 30 ^ -60 seconds after the sample has been applied. After the measurement

werden die Abdampfrückstände zusammen mit dem Träger aus dem Analysenraum entfernt. Zur Eichung des Meßinstrumentes wird dasselbe Volumen einer Eichlösung auf eine neue Zone des Filters aufgetragen und die Messung wiederholt.are the evaporation residues together with the carrier from the Analysis room removed. The same is used to calibrate the measuring instrument Volume of a calibration solution is applied to a new zone of the filter and the measurement is repeated.

Die Anwendung der Vorrichtung soll am Beispiel einer Blutalkoholbestimmung erläutert werden: Einer Testperson wurde mittels einer Blutmischpipette einer Fingerbeere unter Ansaugen Kapillarblut entnommen, xvelch.es im Verhältnis Blut: 3,8$ Natriumcitratlösung von 1:10 verdünnt und unter Schütteln der Pipette gemischt wurde. Die Temperatur der Meßzelle betrug 4-0⁰C. Durch das Kapillarrohr wurde mittels einer Mikroliterspritze 2 Mikroliter des verdünnten Blutes auf den Filterpapierstreifen des Verdampfungsraumes aufgetragen. 4-0 see danach zeigte das Meßinstrument eine maximale Spannungsänderung der Meßzelle von 0,80 mV an. 2 Mikroliter einer Eichlösung mit 0,1 Promille Äthanol ergaben einen Meßwert von 1,00 mV. Die Testperson hatte somit einen Alkoholgehalt von 0,80 Promille.The use of the device will be explained using the example of a blood alcohol determination: A test person was sucked in capillary blood with a blood pipette from a fingertip, diluted xvelch.es in a ratio of blood: 3.8 $ sodium citrate solution 1:10 and mixed while shaking the pipette. The temperature of the measuring cell was 4-0 ⁰ C. By the capillary tube was applied to the filter paper web of the vaporization chamber by means of a microliter syringe 2 microliters of the diluted blood. 4-0 seconds thereafter, the measuring instrument showed a maximum change in voltage of the measuring cell of 0.80 mV. 2 microliters of a calibration solution with 0.1 per mille of ethanol gave a measured value of 1.00 mV. The test person thus had an alcohol content of 0.80 per mille.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der Alkoholbestimmung in Körperflüssigkeiten a) der Alkohol rasch verdampft, da sich die Probe nach dem Auftragen auf einen porösen, dünnen Träger unter Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfäche ausbreiten kann, b) gegenüber der Dampfraumanalyse wesentlich geringere Probenmengen in der Größenordnung weniger Mikroliter benötigt werden, da der Alkohol in dem Maße, wie er verdampft, vollständig an der Meßelektrode umgesetzt wird, c) eine Verunreinigung des Analysenraumes und dadurch eine Störung der Messung vermieden wird, da die nichtflüchtigen Bestandteile nach der Analyse zusammen mit dem Träger entfernt werden.The advantages achieved with the device according to the invention are in particular that in the alcohol determination in Body fluids a) the alcohol evaporates quickly as the After application to a porous, thin support, the sample can spread, increasing the surface of the liquid, b) significantly smaller sample quantities compared to the headspace analysis in the order of a few microlitres are required, since the alcohol as it evaporates completely absorbs the Measuring electrode is implemented, c) contamination of the analysis space and thereby a disturbance of the measurement is avoided, since the non-volatile constituents after the analysis together with removed from the carrier.

Claims

Protection claims

1) Device for the rapid determination of alcohol in body fluids, characterized in that it consists of a rectangular or rounded measuring cell (1a) which is made up of

* Evaporation space (1), more porous, sensitized to alcohol

Measuring electrode (4), inlet device (5) and porous bottom (9), with a strip (2) made of porous, absorbent, thin material in the middle of the evaporation chamber (1) Material is located that is fed into and out of the evaporation chamber via an inlet and outlet device (3) can, and that the measuring cell (1 a) is fixed in a thermostattable housing (8), which is a device for Keeping the water vapor content (7) in the housing (8) and in the measuring cell (1a) constant.

2) Device according to claim 1, characterized in that the device for keeping constant the tvwater vapor content is a moistenable sponge.

3) Device according to claim 1, characterized in that the inlet device is a capillary tube, which for a The microliter syringe or pipette is adjusted so that the Sample tasks are carried out on the center line of the strip (2).

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