DE2113729B2 - Verfahren zum Feststellen von Spurenmengen eines organischen Präparates in einem Lebewesen - Google Patents

Verfahren zum Feststellen von Spurenmengen eines organischen Präparates in einem Lebewesen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wurde die Atemluft überwacht, um die Menge an Sauerstoff und/oder Kohlendioxyd festzustellen. Wenn organische Präparate, wie etwa ein Anästhetika, festgestellt werden sollten, mußte der Blutstrom überwacht werden (»Design News« vom 8. November 1968).
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt, mit der gasförmiges Material vor der Einleitung in ein Massenspektrometer einem Konzentrationsprozeß in einem zweistufigen Membrangasseparator unterzogen wird (US-PS 34 55 092). Wenn diese bekannte Vorrichtung in dem eingangs genannten Verfahren verwendet würde, könnten auch Spurenmengen eines organischen Präparates in der Atemluft festgestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren derart abzuwandeln, daß auch die Atemluft nicht erfaßt zu werden braucht, so daß die Atemwege des unter Beobachtung stehenden Lebewesens frei bleiben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im
Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst Durch die Entnahme der Gasprobe aus einem Bereich unmittelbar Ober der Haut, etwa über dem Unterarm, bleiben die Atemwege des Lebewesens <■> frei — so daß das Verfahren beispielsweise auch bei Fischen oder dann anwendbar ist, wenn Atemstiüstand eingetreten ist — und durch die Kombination mit dem Membrangasseparator wird der Gasanalysator gegen Überlastung durch Trägergas und Wasserdampf gern schützt
Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.
Die. Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden, in der schematisch, teilweise in
r, Blockdarstellung, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine gasundurchlässige Manschette 1 auf, die mit Hilfe von zwei Gummibändern 3 auf den Unterarm 2 einer
?<> Person geklemmt wird, die beobachtet werden soll, wobei die Gummibänder die Manschette 1 gasdicht auf dem Unterarm festklemmen. Von einer Gasquelle 4 wird über eine Rohrleitung, die in die Manschette 1 hineinführt ein Trägergas, wie etwa Stickstoff, Helium
2r> usw, in die Manschette eingeführt Ein dreistufiger
Membrangasseparator 6, der allgemein in den US-PS
34 29 105 und 34 55 092 beschrieben ist, ist mit der
Manschette 1 über eine Ausgangsleitung 7 verbunden. Der Membranseparator 6 enthält eine Gasleitung 8,
»ι die drei relativ dünne, semipermeable Membranen 9,11 und 12 aufweist, die den Querschnitt der Leitung 8 hermetisch abdichten, so daß ein Eingangsbereich 13, ein Ausgangsbereich 16 und zwei Zwischenstufenbereiche 14 und 15 gebildet werden, die den Räumen
Γ) zwischen aneinandergrenzenden Membranen entsprechen. Der erste Zwischenstufenbereieh 14 wird über eine mechanische Vorpumpe 17 auf einen gemäßigt niedrigen Druck von etwa 0,1 bis 10 Torr Partialdruck des Trägergasbestandteiles leer gepumpt Der zweite Zwischenstufenbereich 15 wird über eine Hochvakuumpumpe 18 und eine Wasserdampfabsorptionspumpe 19 auf einen Druck zwischen 0,001 bis 0,1 Torr des Trägergasbestandteiles leergepumpt Die Wasserdampfabsorptionspumpe 19 kann eine Zeolit-Absorp-
A--, tionspumpe enthalten, um vorzugsweise Wasserdampf mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit abzupumpen als die anderen Gasbestandteile der Atmosphäre in dem Zwischenstufenbereich 15. Die Zeolit-Wasserdampfabsorptionspumpe hält den Wasserdampf auf
w einem Druck von 10~6 bis 10~7 Torr bei 25° Celsius, und die Wasserdampfpumpe dient dem Zweck, den Wasserdampf aus dem System zu entfernen, um zu verhindern, daß Wasserdampf in das Massenspektrometer 21 gelangt, um eine Überlastung des Spektrometer 21 zu
v> verhindern.
Die Ausgangsstufe 16 des Membranseparators 6 steht in einer gasleitenden Verbindung mit dem Eingang eines Massenspektrometers 21, etwa eines Sektormassenspektrometers, eines Zykloid-Massenspektrometers
ho oder eines Quadrupolmassenspektrometers. Ein geeignetes Zykloid-Massenspektrometer stellt das Massenspektrometer der Firma Varian Associates M-66 dar, das mit einem V-5570 Multiplierdetektor ausgestattet ist. Das Massenspektrometer wird über eine Hochvaku-
Iv umpumpe 22, etwa eine Getterion-Vakuumpumpe, auf einen verhältnismäßig niedrigen Druck von etwa \0~* bis 10-6 Torr evakuiert.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsge-
H mäßen Verfahrens strömen Spurenmengen eines
^ festzustellenden Präparates aus dem Körper des
f, Lebewesens durch die Haut in den Trägergasstrom aus,
''L der durch die Manschette 1 geleitet wird. Die
"^3 Präparatanteile, die eine so niedrige Konzentration von
t etwa 1 Piccogramm (1012) pro ecm Gas aufweisen
Ϊ-' können, werden durch die Leitung 7 der ersten
l" Membran 9 des Membrangasseparators 6 zugeführt
Die erste Membran 9 besteht aus einer semipermeablen Membran, die für das Material des Präparates
, verhältnismäßig durchlässig und für die permanenten
Gase, wie etwa Stickstoff, verhältnismäßig undurchlässig ist um die Konzentration des Materials des Präparates, sofern dieses vorhanden ist in der gasförmigen Probe, die durch die erste Membran 9 hindurchgelangt zu erhöhen. Ein besonders geeignetes Membranmaterial stellt Dimethylsiliciumpolymer dar, das in Form einer Membrane mit einer Dicke von etwa 2,5 mal 10-3 cm ausgebildet wird. Der abgestreifte oder zurückgehaltene Trägergasstrom tritt aus der Eintrittsstufe 13 über eine Abzugsöffnung 23 aus.
Der angereicherte Gasstrom gelangt mit einer Anreicherung an Dampf des Präparates zwischen 100 und 1000 in den ersten Zwischenstufenbereich 14. In ähnlicher Weise wird der Dampf des Präparates durch die zweite Membran 11, die dieselbe Zusammensetzung und denselben Aufbau wie die erste Membran 9 aufweist bevorzugt gegenüber dem Trägergas in den zweiten Zwischenstufenbereich 15 geleitet, wodurch sich eine weitere Konzentrationserhöhung der Konzentration des Dampfes des Präparates um einen Faktor zwischen 100 bis 1000 ergibt
In dem zweiten Zwischenstufenbereich 15 wird der Wasserdampf, der durch die vorhergehenden Membranen 9 und U hindurchgelangt ist über die Wasserdampfabsorptionspumpe 19 bevorzugt gegenüber den anderen Gasen abgepumpt um die Konzentration des Wasserdampfes in dem Probengasstrom, der durch die dritte Membran 12 geleitet wird, weitgehend zu verringern.
Die dritte Membran 12 besitzt eine ähnliche Zusammensetzung und einen ähnlichen Aufbau wie die vorhergehenden beiden Membranen 9 und 11. In den Probengasen, die durch die dritte Membran 12 hindurchtreten, findet eine weitere Erhöhung der Konzentration des Dampfes des Präparates um einen Faktor zwischen 100 bis 1000 statt, so daß die gesamte Anreicherung b^w. Konzentrationserhöhung der Dämpfe des Präparates bei dem Durchlauf von der Eingangsstufe 13 zu der Ausgangsstufe 16 im Bereich von einer Million bis zu einer Milliarde liegt Der Wasserdampf, der gewöhnlich in dem Gas in der Eingangsstufe 13 des Separators 6 in der Größe von ungefähr 0,5 bis 1 Gewichtsprozent vorhanden ist, ist in der Ausgangsstufe 16 im wesentlichen eliminiert.
Das in der Ausgangsstufe 16 des Separators 6 befindliche angereicherte Probengas wird dem Eingang des Massenspektrometer 21 zugeleitet, in dem das Probengas auf die festzustellenden organischen Stoffe und auf deren Stoffwechselprodukte hin analysiert wird. Gemäß einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens atmete eine Versuchsperson ungefähr 6 bis 8 tiefe Atemzüge Aetherdampf ein. Das Massenspektrometer 21 wurde auf die Überwachung des m/e 59 Anteils an Diäthyläther eingestellt. In einem Falle wurden die Probengase mit Hilfe der Manschette 1 gesammelt, und in einem zweiten Falle wurden die Probengase durch Ausatmung in die Eingangsstufe 13 des Separators 6 gesammelt Das Massenspektrometer 21 stellte den m/e Anteil an Diäthyläther in beiden Fällen fest
In einem ähnlichen Beispiel wurden die m/e 45 und 46 rj Anteile an Aethanol in den Atemproben und anhand der Proben aus dem Unterarm der Versuchsperson nach der Einnahme von 110 ml Whisky festgestellt Es wurde beobachtet daß die Intensität dieser selben massenspektrometrischen Spitzen abrupt 101 ± 2 Sek. nach
tu der Einnahme von zusätzlich 37 ml Whisky in einem Test zunahm, bei dem die Dämpfe aus dem Arm kontinuierlich überwacht wurden.
Bei einem anderen Test wurde der m/e 31 Anteil an Aethanol nach der Einnahme von zwei Dosen von
\ϊ 0,25g/kg Aethanol, die im Abstand von 10 Minuten verabreicht wurden, überwacht In der Konzentration der Aethanoldämpfe über dem Unterarm ergaben sich zwei Spitzen bei ungefähr 35 Minuten bzw. 45 Minuten nach Einnahme des Alkohols. Es wurde festgestellt daß
in die Aethanolkonzentration in dem Atem in der
Größenordnung der 10-fachen Konzentration des Aethanols in den Gasen war, die aus dem Unterarm
ausströmten.
Durch die Überwachung der Konzentration eines
2> Präparates und/oder der Stoffwechselprodukte des Präparates als Funktion der Zeit die auf die Einnahme des Präparates folgt lassen sich nützliche Informationen über die Absorptionsgeschwindigkeit und die Ausscheidungsgeschwindigkeit des Präparates durch das Lebewesen bei verschiedenen Verfahren und Wegen der Verabreichung des Präparates erhalten. Hierdurch wird ein Verfahren an die Hand gegeben, um die biologische Äquivalenz vergleichbarer Präparate oder Präparatformen zu messen.
Ji Bei einer anderen Untersuchung wurde eine einzige therapeutische Dosis von 250 mg Methylparafynol gleichfalls aus dem Atem und aus den Gasen aus dem Unterarm des Untersuchungsobjektes festgestellt In einem anderen Fall wurde das Nikotin von einer einzigen Zigarette festgestellt das einer anderen
Versuchsperson entströmte, die in einem großen Kunststoffbeutel eingeschlossen war, der sich von dem Hals bis zur Taille erstreckte. Das erfindungsgemäße Verfahren ist verwendbar, um
r> viele verschiedene Arten von Präparaten festzustellen, von denen beispielsweise die folgenden genannt seien:
Chloralhydrat Amphetamin, Methamphetamin, Propadrin, Phenmetrazin, Chlorpromazin, Fluphenazin, Methylparafynol, Aethchlorvynol, Glutäthimid, Para-
w dien, Secobarbital, Phenobarbital, Pentazocin, DDT, LSD, STP, DMT, Cocain, Heroin, Opium, Marihuana, Haschisch, Aethylakohol, Diäthyläther.
Das Verfahren eignet sich für eine kontinuierliche Überwachung der Höhe der Konzentration des
v, Präparates in dem Blutstrom. Zum Beispiel kann eine derartige Vorrichtung verwendet werden, um die Konzentration eines Narkotikums in dem Blut zu überwachen. Der Anästhesist überwacht das Ausgangssignal des Massenspektrometers oder eines anderen
w! geeigneten Gasanalysators und stellt anhand dessen die Menge an Narkotikum ein, die dem Patienten verabreicht wird. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere dazu, den Patienten vor einer Operation einzustellen bzw. zu testen. Insbesondere kann der
μ Anästhesist dem Patienten ein Narkotikum verabreichen, während er die Menge an Narkotikum in dem Blut überprüft und während er gleichzeitig den Grad der Betäubung des Patienten überwacht Die Höhe des
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Narkotikums in dem Blut könnte sodann, bevor eine die Tiefe der Narkose ohne Beschädigung der Haut Operation durchgeführt wird, in Beziehung gesetzt überwacht werden.
werden zu dem Grad des Bewußtseinszustandes, so daß Das Verfahren wurde im Zusammenhang mit der
während der Durchführung der Operation die Tiefe der Anwendung auf menschliche Lebewesen beschrieben.
Narkose des Patienten in zuverlässiger und sicherer r« Dies ist jedoch kein Erfordernis, da das Verfahren auch Weise sehr genau gesteuert werden könnte. Somit kann auf andere Lebewesen angewandt werden kann. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Feststellen von Spurenmengen eines organischen Präparates in einem unter Beobachtung stehenden Lebewesen, bei dem den gasförmigen Stoffen, die dem Lebewesen entströmen, eine Probe entnommen und einem Gasanalysator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe aus einem Bereich unmittelbar über der Haut des Lebewesens entnommen wird, daß diese Probe wenigstens einer ersten semipermeablen Membran zugeleitet wird, die für das Material des Präparates verhältnismäßig durchlässig und für permanente Gase verhältnismäßig undurchlässig ist, daß die durch die erste Membran hindurchtretende angereicherte Gasprobe einer zweiten semipermeablen Membran zugeführt wird, die für das Material des Präparates durchlässig und für permanente Gase allgemein undurchlässig ist, und daß die aus der zweiten Membran austretende gasförmige Probe dem Gasanalysator zugeführt wird
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Zeitraum hinweg Probengase entnommen werden, daß das Präparat über diesen Zeitraum analysiert wird, und daß die festgestellte Menge des festgestellten Präparates mit der Zeit in Beziehung gesetzt wird
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entnommene Gasprobe einer dritten semipermeablen Membran zugeleitet wird, die für das Präparat durchlässig und für ein permanentes Gas verhältnismäßig undurchlässig ist, wobei diese dritte Membran stromaufwärts vor der ersten und zweiten Membran angeordnet ist
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Probengasstrom, der von der ersten zu der zweiten Membran fließt, Wasserdampf abgepumpt wird, wobei die Pumpgeschwindigkeit für den Wasserdampf die Pumpgeschwindigkeit für die aus permanenten Gasen bestehenden Bestandteile des Gasstromes übersteigt.
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