DE2610578B2

DE2610578B2 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Atemalkoholgehaltes

Info

Publication number: DE2610578B2
Application number: DE2610578A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. 2067 Reinfeld Heim
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1976-03-13
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1978-05-11
Also published as: ES452390A1; SE433132B; FR2344021A1; FI762569A; FR2344021B1; DK494776A; AU503134B2; GB1539343A; BR7607154A; NL7610463A; BE852387A; US4090078A; SE7611825L; NZ183522A; ATA691776A; CA1099204A; AT347408B; FI60318C; FI60318B; AU2310677A

Description

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liegt, dabei die Strömungsgeschwindigkeit ν der Ausatemluft über einem vorgegebenen Schwellwert liegt und diese Bedingung für eine vorgegebene Zeit fununterbrochen eingehalten hat.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Infrarot-Meßgerät (1) und einem Strömungsmesser (2) im Atemluftstrom, sowie einer Anzeigeeinheit (9), gekennzeichnet durch ein Und-Gatter (4), das bei gleichzeitiger Ansteuerung durch einen ersten Schwellwertkomparafor (6), einen zweiten Schwellwertkomparator (7) und ein Zeitglied (8) ein lineares Gatter (5) ansteuert, welches zur Weitergabe des Meßwertes des Infrarot-Meßgerätes (1) an die Anzeigeeinheit (9) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Meßgerät (1) eine Ansprechzeit <0,3 s besitzt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwertkomparator (6) mit einem ersten Schwellwertgeber (10) und einer Recheneinheit (11) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwertkomparator (7) mit einem zweiten Schwellwertgeber (12) verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Schwellwertkomparators (7) an den Eingang des Zeitgliedes (8) angeschlossen ist, derart, daß das Zeitglied (8) ein Steuersignal an das Und-Gatter (4) gibt, wenn das Steuersignal aus dem Schwellwertkomparator (7) ununterbrochen die vorgegebene Zeit fangelegen hat.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollanzeige (13) für v< Vmin und v> v_mm zwischen dem Schwellwertkomparator (7) und dem Und-Gatter (4) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft.

Verfahren und Anordnungen zur Messung des Alkoholgehaltes in der Atemluft erfassen dann die wirkliche Alkoholkonzentration, wenn nur der Teil der ausgeatmeten Luft auf seinen Alkoholwert untersucht wird, der sich in der Lunge in den Alveolen mit der Alkoholkonzentration des Blutes ins Gleichgewicht setzen konnte. Daher ist die Pendelluft aus dem Mund- und Rachenraum und die Mischluft von der Alveolarluft meßtechnisch zu trennen.

Eine bekannte Anordnung zum Nachweis von Beimengungen, insbesondere von Alkohol, in der Ausatemluft verwendet ein Prüfröhrchen zum Nachweis von Alkohol, wobei die zu prüfende Ausatemluft über ein Mundstück durch das Prüfröhrchen in einen Beutel geblasen wird. Durch den Beutel ist sichergestellt, daß bei allen Messungen stets die gleiche Ausatemluftmenge verwendet wird. Eine in den Luftweg eingeschaltete Düse bestimmt den Durchflußwiderstand. Da mit der menschlichen Lunge praktisch nur ein bestimmter Ausatemdruck erreicht werden kann, bestimmt die Düse die Luftgeschwindigkeit durch das Prüfröhrchen. Die in den Beutel über das Prüfröhrchen eingeblasene Ausatemluft enthält neben der Alveolarluft auch die nicht mit der Lunge im Austausch stehende, aus dem Mund- und Rachenraum stammende Pendeiluft. Der gemessene Alkoholgehalt ist daher entsprechend den Volumenanteilen Alveolarluft - Pendelluft zu niedrig. (DT-PS 10 52 630).

Nach einem anderen bekannten Meßverfahren und in dem danach ausgeführten Atemalkoholmeßgerät wird in der Ausatemluft sowohl der CO₂-Gehalt als auch der Alkoholgehalt gemessen. Ausgehend von dam Gedanken, daß der CO2-Gehalt ein Maß für den Austausch des O2 in der Lunge ist, muß ein hoher COrGehalt auf Atemluft aus der Lunge, also Alveolarluft, hinweisen. Das Meßgerät mißt zur Prüfung zuerst laufend den CO₂-GeIIaIt der ausgeatmeten Luft, um nach Erreichung des vorgegebenen Schwellwertes — nach dem Ausführungsbeispiel sind es 4,5% CO2 — den Alkoholmeßteil einzuschalten, um dann den Atemalkoholgehalt zu messen. Eine Ungenauigkeit dieses Verfahrens liegt in den individuellen CO₂-Werten, die breiten Schwankungen unterworfen sind. Daher ist ein allgemein gültiger Schwellwert nicht festlegbar. Der eine zu Prüfende wird den Schwellwert gar nicht erreichen, während bei anderen trotz Überschreitens noch keine reine Alveolarluft vorliegt. Zudem ist ein Gerät, mit dem zwei verschiedene Gase mit ihren Konzentrationen zu bestimmen sind, recht aufwendig und empfindlich. (US-PS 38 30 630).

Eine weitere Anordnung zur Eestimmung der Alkoholkonzentration mißt den Alkohol in der Atemluft an einem durch eine Zeitsteuerung festgelegten Zeitpunkt. Dieser Zeitpunkt ist durch den Ablauf eines innerhalb des Ausatemzeitraumes beginnenden vorgebbaren Zeitintervalles bestimmt. Der Atemluftdurchsatz darf dabei innerhalb dieses Zeitintervalles nicht unter einen festgelegten Mindestdurchsatz absinken und dabei immer nur in Ausatemrichtung fließen. Wenn diese beiden Bedingungen nicht erfüllt sind, dann stellt ein Fehlerdetektor die Ungültigkeit der Messung fest. Das vorgegebene Zeitintervall soll sicherstellen, daß der zu Prüfende zum Meßzeitpunkt bereits die Luft aus der Mundhöhle und der Luftröhre ausgeatmet hat und das Meßgerät dann die Atemalkoholkonzentration der Alveolarluft mißt. Der Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalles wird durch den Zeitpunkt bestimmt, zu dem ein Mindestatemluftvolumen von vorzugsweise mindestens 80% des gesamten Atemluftvolumens abgeatmet ist. Ein Integrator kann den Atemluftdurchsatz beim Ein- und Ausatmen zeitlich integrieren und daraus den Ablauf des Zeitintervalles nach dem

Mindestatemluftvolumen feststellen. Diese Ausführungsform soll vom Körperbau des zu Prüfenden unabhängig sein. Nachteilig an diesem Gerät ist der sehr komplizierte Aufbau, denn es muß u. a. die Volumenmeßeinrichtung aus hygienischen Gründen doppelt besitzen, nämlich sowohl in dem Einatem- wie auch in dem Ausatemweg. Es ist dem zu Prüfenden nicht zuzumuten, durch einen Kanal einzuatmen, durch den der vor ihm Geprüfte bereits ausgeatmet hatte. Die Übereinstimmung der Meßwerte der beiden Volumenmeßeinrichtungen ist mit einfachen Bauteilen nicht zu erreichen, gleiches gilt für eine unbedingte notwendige Kontrolle. Dieses Verfahren ist nicht sicher gegen Meßfehler, bedingt durch den zu Prüfenden, der nicht willig ist. Durch eine bewußt flache Einatmung kann eine viel zu geringe Atemkapazität vorgetäuscht werden. Das sich dann automatisch, z. B. bei 80% des gesamten Atemvolumens einstellende Mindestatemluftvolumen kann bei der Prüfung dann praktisch nur aus der Mundhöhle und dem Rachenraum stammen. Die für einen genauen Meßwert entscheidende Alveolarluft wird dann nicht voll erfaßt (DT-OS 24 28 352).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren und Meßanordnung anzugeben, mit dem sichergestellt ist, daß nur der Alveolarluftanteil der Ausatemluft zur Messung des Alkoholanteils benutzt wird.

Das Verfahren aus der Aufgabe wird auf einfachem und zuverlässigen Wege dadurch gelöst, daß ein Alkoholmeßgerät in der Ausatemluft den festgestellten Wert der Alkoholkonzentration weitergibt, wenn die auf die Höhe des Alkohol-Signals S(t) bezogene zeitliche Änderung von S(t) unter einem vorgegebenen Schwellwert

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liegt, dabei die Strömungsgeschwindigkeit ν der Ausatemluft über einem vorgegebenen Schwellwert liegt und diese Bedingung für eine vorgegebene Zeit f ununterbrochen eingehalten hat.

Die mit dieser Lösung erzielten Vorteile liegen im sicheren Erfassen des Alveolarluftanteiles. Dies geschieht durch Überwachung des zeitlichen Ansteiges

-jy- der Alkoholkonzentration. Dieser zeitliche Anstieg wird mit dem der Ausatemluft aus dem Mund- und Rachenraum folgenden Alveolarluftanteil immer geringer, bis er nach Erreichen des Konzentrationsplateaus ganz aufhört. Wenn der Anstieg, bezogen auf die momentane Konzentration, den vorgegebenen Schwellwert W unterschreitet, befindet sich im Meßkanal des Alkoholmeßgerätes nur noch Alveolarluft. Die Anstiegsüberwachung würde bei zu Prüfenden, die willig sind, genügen, um mit Sicherheit eine Alkoholkonzentration nahe dem Wert in der Alveolarluft zu ermitteln. In der Praxis ist jedoch mit Sicherheit eine Bereitwilligkeit nicht immer zu erreichen. Deshalb werden zusammen mit der Anstiegsüberwachung zwei weitere Bedingungen erfüllt, ehe ein Meßwert angezeigt wird. Die von einem Strömungsmesser ermittelte Strömungsgeschwindigkeit ν muß über einem vorgegebenen Wert ν,πί« liegen und muß außerdem seit einer vorgegebenen Zeit erfüllt gewesen sein. Die Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens enthält ein Und-Gatter, das bei gleichzeitiger Ansteuerung durch einen ersten Schwellwertkomparator, einen zweiten Schwellwertkomparator und ein Zeitglied ein lineares Gatter ansteuert, welches zur Weitergabe des Meßwerts des Infrarot-Meßgerätes an die Anzeigeeiriheit vorgesehen ist.

Die Anordnung zeigt einen einfachen Aufbau, mit dem eine einfache Handhabung mit sicheren Ergebnissen gewährleistet ist.

Zur Messung dient ein Infrarot-Meßgerät mit einer kurzen Ansprechzeit <0,3s. Mit dieser kurzen Ansprechzeit wird die Anstiegsüberwachung sicher beherrscht.

Die Merkmale der weiteren Unteransprüche werden aus dem folgenden Ausführungsbeispiel verständlich. Dabei zeigt

F i g. 1 das Alkohol-Signal S(t)gegenüber der Zeit t,

F i g. 2 eine Anordnung zur Messung des Alkoholgehaltes in der Atemluft.

In der Fig. 1 wurden der zeitliche Anstieg der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft mit dem Alkohol-Signal S(t) als Ordinate und der Zeit t als Abszisse aufgetragen. Die Kurve zeigt drei charakteristische Zeitabschnitte A, Bund C.

Der Abschnitt A mit der Meßzeit I₀-1, zeigt erst am Ende eine niedrige Alkoholkonzentration. Es wird nahezu reine Pendelluft aus dem Mund- und Rachenraum ausgeatmet.

Im Abschnitt B mit der Meßzeit fι — f₂ wird ein stetiger Anstieg der Alkoholkonzentration deutlich. Die Pendelluft is>t mehr und mehr mit Alveolarluft aus der Lunge vermischt.

Der Abschnitt C mit der Meßzeit h—tj zeigt praktisch keinen Anstieg der Alkoholkonzentration mehr, die Kurve bewegt sich auf einem Plateau. Es wird nur noch Alveolarluft ausgeatmet.

Der Abschnitt C wird durch die Anordnung nach der Erfindung, wie sie in der F i g. 2 dargestellt ist, deutlich erkannt. In der Ausatemphase beginnt er, wenn der Wert

G =

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der Anstiegsüberwachung unter den Schwellwert W gelangt. Es findet dann praktisch kein Anstieg des Alkoholwertes mehr statt. In diesem Abschnitt C mißt das Infrarot-Meßgerät 1 dann die sich mit dem Blut im Gleichgewicht befindliche Alkoholkonzentration in der Atemluft. Das Infrarot-Meßgerät 1 entspricht dem Stand der Technik. Das Volumen der optischen Meßzelle beträgt in Anpassung an die physiologischen Werte etwa 50 ml und kann in <0,3s mit Atemluft gefüllt werden. Als Strahlungsdetektor wurde ein Fotoleitungsdetektor aus PbSe gewählt, damit die Anstiegszeit des Alkohol-Signals S(t) mit einer geräteseitigen Zeitauflösung von 0,3 s für den 90%igen Anstieg ermittelt werden kann.

Das Infrarot-Meßgerät 1 zur Messung von Alkohol ist in den Ausatemluftstrom 14 eingeschaltet. Das Rückschlagventil 3 verhindert eine Umkehrung des in Richtung 15 fließenden Ausatemluftstromes 14. Dem Infrarot-Meßgerät 1 ist der Strömungsmesser 2 nachgeschaltet, in dem die Strömungsgeschwindigkeit ν gemessen wird. Das Und-Gatter 4 gibt eine Steuerspannung an das lineare Gatter 5, mit dem dann die Weitergabe des Alkohol-Signals S(t) vom Infrarot-Meßgerät 1 über das lineare Gatter 5 an die Anzeigeeinheit 9 erfolgt.

Voraussetzung für die Steuerspannung aus dem Und-Gatter 4 ist die Erfüllung von drei Bedingungen a., b. und c.

a. Es muß die Größe

G =

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wobei G in der Recheneinheit 11, die an den Ausgang des Infrarot-Meßgerätes l angeschlossen ist, festgestellt wird, unter den Schwellwert W abgefallen sein. Der Schwellwert W wird vom Schwellwertgeber 10 eingegeben und im Schwellwertkomparator 6 mit C verglichen. Bei Gs W geht ein Steuersignal zum Und-Gatter 4.

b. Die im Strömungsmesser 2 gemessene Strömungsgeschwindigkeit ν muß größer als die vom Schwellwertgeber 12 eingegebene Mindestströmungsgeschwindigkeit ν_m-,„ sein. In diesem Fall gibt ein Schwellwertkomparator 7 ein Steuersignal an das Und-Gatter 4.

c. Das Zeitglied 8 gibt ein Steuersignal an das Und-Gatter 4, wenn das Steuersignal am Ausgang des Schwellwertkomparators 7 ununterbrochen während einer durch das Zeitglied 8 vorgegebener Zeitspanne angelegen hat.

Mit den Bedingungen a., b. und c. ist sichergestellt, daß völlig eindeutig nur Alkohol-Signale S(t) aus der Alveolarluft der Anzeigeeinheit 9 zugeleitet werden können.

Wenn während des Meßvorganges das Steuersignal des Schwellwertkomparators 7 auf 0 geht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit vunterdie Schwelle v< v,„,„ gesunken ist, dann wird die Uhr des Zeitgliedes 8 und — sofern am Ausgang des Zeitgliedes 8 ein Steuersignal abgegeben wurde — auch dieses Steuersignal wieder auf 0 gestellt. Die Uhr beginnt erst dann erneut zu laufen, wenn vom Schwellwertkomparator 7 wieder ein Steuersignal abgegeben wird.

Die Kontrollanzeige 13 ist zwischen dem Schwellwertkomparator 7 und dem Und-Gatter 4 angeschlossen. Sie leuchtet rot auf, wenn die Strömungsgeschwindigkeit v< Vmin und grün, wenn v> v,.,„„wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkoholmeßgerät in der Ausatemluft den festgestellten Wert der Alkoholkonzentration weitergibt, wenn die auf die Höhe des Alkohol-Signals S(t) bezogene zeitliche Änderung von S(t) unter einem vorgegebenen Schwellwert