DE69227837T2

DE69227837T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der konzentration von bestandteilen in atmungsluft

Info

Publication number: DE69227837T2
Application number: DE69227837T
Authority: DE
Inventors: Paul Michael Cadoxton Barry South Glamorgan Cf6 3Eq Williams
Original assignee: Lion Laboratories Ltd
Current assignee: Lion Laboratories Ltd
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2012-05-15
Also published as: AU664993B2; GB9118913D0; US5496740A; EP0602042B1; ES2127752T3; AU1749392A; CA2116689A1; DE69227837D1; CA2116689C; EP0602042A1; WO1993005393A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration von flüchtigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Komponenten von Flüssigkeitssystemen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, zum Bestimmen einer Blutalkoholkonzentration.
Nahezu auf der ganzen Welt steigen die Strafen für Fahren unter Alkoholeinfluß, wodurch ein Bedarf für eine Vorrichtung vorliegt, welche Einzelpersonen in die Lage versetzt, ihre Blutalkoholkonzentration genau zu bestimmen. Eine breite Palette von "Selbsttestern" ist dementsprechend auf dem Markt erschienen, aber solche, die relativ billig sind, sind gefährlich ungenau und es ist schwierig, eine zuverlässige Vorrichtung unter 100 Pfund zu finden.
Die WO 87/07724 beschreibt eine Vorrichtung zum Abtasten ausgestoßener Atemluft aus der Umgebungsluft zum Feststellen des Vorhandenseins von Alkohol. Diese Vorrichtung umfaßt einen Körper mit einem Einlaß, einer Pumpe und einer Fluidzelle.
Die US-A-3509771 beschreibt eine spritzenartige Testvorrichtung zur Entnahme einer Probe von Alveolar-Luft zur Verwendung in einem Gas-Chromatographen.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration einer flüchtigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Komponente in der Atemluft einer Person zur Verfügung, welche folgendes aufweist, einen Körper mit einem Einlaß, einen elektrischen Sensor zum Messen der flüchtigen Komponente, Mittel zum Ziehen einer Probe durch den Einlaß zum Sensor und Mittel zum Anzeigen der von dem Sensor gemessenen Konzentration der flüchtigen Komponente, wobei die Vorrichtung im Körper enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Messen der flüchtigen Komponente in der im Gleichgewicht mit dem Speichel befindlichen Atemluft einer Person dient, wobei der Einlaß eine zum Einführen in den Mund eines Benutzers passende Größe derart aufweist, daß der Mund der Person vollständig den Einlaß umschließt, um im Mund einen Kopfraum auszubilden, und daß die Vorrichtung ferner Mittel aufweist, um zu bestimmen, wann ein vorbestimmter Zeitabschnitt abgelaufen oder eine spezifische Umgebungsbedingung im Mund erreicht ist, nachdem der Mund des Benutzers den Einlaß umschlossen hat.
Es ist bevorzugt, daß der Körper alle Elemente dieser Vorrichtung beinhaltet und in besonders bevorzugter Weise ist der Körper im wesentlichen stiftförmig oder spritzenförmig ausgebildet, so daß dieser einfach und bequem in einer Tasche eines Benutzers tragbar ist. In diesem Fall ist der Einlaß vorzugsweise an oder benachbart zu einem Ende ausgebildet.
Ein derartiger Aufbau ist besonders dann bequem und vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Selbsttest einer Blutalkoholkonzentration verwendet wird, weil die Vorrichtung ein vollkommen neues Testverfahren zur Verfügung stellt. Dies beruht auf dem Umstand, daß sich Alkohol gleichmäßig über alle Körperflüssigkeiten, einschließlich Speichel, verteilt. Der Anmelder hat festgestellt, daß das Schließen des Mundes einer Person äquivalent zu einem Kopfraumvolumen ist und daß eine bekannte Konzentration des Alkohols im Speichel in die innerhalb des geschlossenen Mundes enthaltene Luft verdampft, bis ein Gleichgewicht erzielt ist. Tests haben gezeigt, daß das Gleichgewicht in etwa 20 Sekunden, in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur und einer Mundtemperatur, erreicht ist. Messungen können sowohl oberhalb als auch unterhalb der Zunge durchgeführt werden.
Somit kann ein Benutzer nach dem Anordnen des Einlasses in seinem Mund und Schließen der Lippen um den Körper nach 20 Sekunden eine Luftprobe abziehen und diese Luftprobe dem Sensor zuführen. Auf diese Weise erhält der Benutzer einen Meßwert bezüglich seiner Blutalkoholkonzentration.
In diesem Zusammenhang umfaßt das Probenziehmittel beispielsweise einen federvorgespannten oder motorgetriebenen Kolben oder ein Diaphragma, welcher bzw. welches in einem Zylinder in dem Körper in Verbindung mit dem Einlaß und dem Sensor angeordnet ist. Beispielsweise ist zum Rückhalten des Kolbens in einer Ausgangs- oder Vormeßposition ein Arretiermittel vorgesehen, welches entweder manuell oder automatisch lösbar bzw. auslösbar ist. Im letzteren Fall erfolgt das Auslösen der Arretierung beispielsweise in Abhängigkeit von der Erfassung einer Umgebungsbedingung im Mund. Daher ist es bevorzugt, daß die Vorrichtung ebenfalls einen Thermistor oder eine andere temperatursensitive Einrichtung umfaßt, welche feststellt, wann die Luft im Mund des Benutzers eine vorbestimmte Temperatur erreicht, beispielsweise normale Körpertemperatur. Dies ist nicht nur ein Indikator dafür, daß der Mund für eine ausreichende Zeitspanne geschlossen wurde, sondern beseitigt ebenfalls das Problem der Temperaturabhängigkeit der Alkoholkonzentration von der Luft. Zusätzlich oder alternativ umfaßt der Körper eine photoelektrische Zelle oder andere lichtsensitive Vorrichtungen, welche feststellen, wann der Mund geschlossen ist. Zusätzlich oder alternativ wird eine Zeitmeßvorrichtung (Timer) gesetzt. Um die Vorrichtung so kostengünstig wie möglich zu halten, ist es vorgesehen, daß der Thermistor und/oder die photoelektrische Zelle ein Anzeigelicht aktiviert oder eine hörbare Warnung aktiviert, wie beispielsweise einen Summer oder Piepser im Körper, statt den Kolben oder ähnliches automatisch auszulösen. In diesem Fall löst der Benutzer manuell die Arretierung aus oder betätigt den Schalter, wenn das Licht aufleuchtet oder der Piepser ertönt. Zweckmäßigerweise wird der Kolben in der Art eines einziehbaren Stiftes manuell zurückgesetzt. In analoger Weise ist der Auslösemechanismus und die Arretierung äquivalent zu einem herkömmlichen Kugelschreibermechanismus zum Ausfahren und Zurückziehen einer Kugelschreibermiene ausgebildet.
Es ist bevorzugt, daß der Kolben durch einen normalen Resetknopf, wie auf modernen rückziehbaren Stiften vorhanden, lösbar ist, jedoch ist dann die Geschwindigkeit des Einziehens des Kolbens abhängig vom Benutzer und die Meßwerterfassung ist dementsprechend nicht besonders effektiv. In einer alternativen Ausführungsform ist der Kolben beispielsweise von einem mikroelektrischen Motor angetrieben oder wird von einem federvorgespannten Diaphragma bewegt. Im ersteren Fall betätigt der Knopf beispielsweise einen elektrischen Schalter.
Wenn der Kolben durch den Einlaß Speichel einzieht oder Speichel in den Einlaß spritzt, dann kann es zu Meßfehlern kommen. Um dies zu vermeiden, ist eine Ab schirmung vorgesehen, welche den Einlaß überdeckt und einen ringförmigen oder teilringförmigen Raum ausbildet, durch welchen Luft einziehbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist das Rückziehen des Kolbens derart gesteuert, daß der am Einlaß erzeugte Sog niedrig und ungeeignet zum Einziehen von Flüssigkeit ist.
Die beschriebene Vorrichtung kann auch zum Nehmen einer Probe von ausgeatmeter Atemluft im Mund oder benachbart zu den Lippen verwendet werden. In diesem Fall ist eine Zeitmeßvorrichtung (Timer) vorgesehen, so daß die Probe von einer tiefen Lungenausatmung genommen wird.
In einer alternativen Ausführungsform umfaßt der Einlaß ein rohrförmiges Element oder ähnliches.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Erhalten der Anzeige einer Blutalkoholkonzentration, gekennzeichnet durch Einführen eines Probeneinlasses in den Mund des Benutzers, Schließen des Mundes um den Einlaß herum für eine ausreichende Zeitspanne, um ein Gleichgewicht der im Mund gefangenen Luft zu erreichen, Probeentnahme von der gefangenen Luft und Zuführen der Probe an einen elektrischen Gassensor zum Erzeugen des Alkoholgehaltes im Atem des Benutzers und somit im Körper bzw. Blut des Benutzers.
Die ausreichende Zeitspanne beträgt beispielsweise 15 bis 30 Sekunden, insbesondere 18 bis 25 Sekunden. Es ist bevorzugt, daß die vorbestimmte Zeitspanne nicht zu lang ist, weil Nasenatmung das Meßergebnis beeinträchtigen könnte. Ferner ist es bevorzugt, daß der Benutzer schluckt, bevor er den Test startet, so daß die im Mund gefangene Luft am Anfang frische Luft ist. Schlucken entfernt ferner übermäßige Speichelansammlung im Mund.
Obwohl die Erfindung voranstehend erläutert wurde, versteht es sich, daß sie jede erfinderische Kombination von Merkmalen umfaßt, welche voranstehend oder in der nachfolgenden Beschreibung enthalten sind.
Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen und in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet werden, wie nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer Testvorrichtung,
Fig. 2 ein Detail eines Auslöseknopfes der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 1 und
Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Testvorrichtung 10 ist im wesentlichen als Stift ausgebildet und umfaßt einen Körper 11 und eine Kappe 12. Der Körper umfaßt an seiner Spitze einen Einlaß 13, welcher mit einer Fluidkammer 14, welche eine Fluidzelle 15 aufweist, und über diese Kammer mit einem Kanal 16 und einem Zylinder 17 in Verbindung steht. Im Zylinder 17 ist ein Kolben 18 bewegbar angeordnet und umfaßt eine knopfförmige Erhebung 19, welche sich durch das Ende des Körpers 11 erstreckt. Der Knopf 19 bildet einen Anschlag 20 aus und der Zylinder umfaßt eine Wand 17a, wobei zwischen dem Anschlag 20 und der Wand 17a eine Feder 21 angeordnet ist, welche derart wirkt, daß sie den Kolben 18 linksgerichtet entlang des Zylinders 17 drückt, d. h. derart, daß Luft durch den Einlaß 13, die Kammer 14 und den Kanal 16 eingesogen wird. Der Kolben 18 ist mittels eines lösbaren Riegels, welcher im wesentlichen mit 22 bezeichnet ist, in einer Ausgangsposition haltbar, wie aus Fig. 1 ersichtlich.
Der Fluidraum 15 ist elektrisch mit einer Anzeige 23 zum Anzeigen des von dem Fluidraum gemessenen Alkoholpegels verbunden. An seiner Spitze weist der Körper 11 ferner einen Thermistor 24 und/oder eine Photozelle 25 zum Erfassen von Bedingungen im Mund, wie voranstehend beschrieben, auf.
Der Körper umfaßt ferner einen Mikroprozessor 26 zum Steuern der Vorrichtung. Dieser Mikroprozessor 26 ist nicht nur mit der Fluidzelle 15, sondern auch mit dem Thermistor 24, der photoelektrischen Zelle 25 und einem Positionsdetektor 27, welcher erfaßt, ob sich der Kolben 18 in der Ausgangsposition befindet oder nicht, verbunden und erhält von diesen entsprechende Meßwerte, woraufhin der Mikroprozessor in Abhängigkeit von diesen Meßwerten reagiert.
Im Betrieb drückt der Benutzer den Set-Knopf 19 zum Auslösen des Kolbens 18, welcher in seiner Ausgangsposition mittels des Riegels 22 gehalten und vom Detektor 27 erfaßt ist. Der Mikroprozessor 26 erzeugt das Wort "Warten" auf der Anzeigevorrichtung 23, während ein Meßwert von der Fluidzelle 15 zum Ausführen einer Berechnung zum Feststellen, ob Restalkohol innerhalb der Fluidzelle vorhanden ist, genommen wird. Wenn dieser Meßwert Null ist, dann wird der Benutzer angewiesen, mit dem Test fortzufahren, wenn jedoch der Meßwert nicht Null ist, dann muß der Benutzer warten, bis der Mikroprozessor anzeigt, daß ein Test ausgeführt werden kann.
Sobald die Aufforderung zum Ausführen eines Testes auf dem Display 23 erscheint, plaziert der Benutzer die Vorrichtung in seinem Mund und führt das voranstehende Verfahren zum Entnehmen einer Luftprobe in seinem Mund aus, sobald eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Die Fluidzelle berechnet dann den Alkoholgehalt der Atemluftprobe und zeigt das Resultat auf der Anzeigevorrichtung 23 an.
Der Mikroprozessor ist beispielsweise derart ausgebildet, daß dieser das Testverfahren entweder Abhängig vom Ausgangssignal des Thermistors 24 und/oder der photoelektrischen Zelle 25, vorzugsweise mit beiden, beginnt. Wenn die Umgebungstemperatur unterhalb der Mundtemperatur liegt, dann zeigt der Thermistor 24 einen charakteristischen Anstieg der Temperatur bis zu einem konstanten Wert an, so daß nur dieser benutzt werden kann. Alternativ beginnt der Mikroprozessor das Testverfahren nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, nachdem die photoelektrische Zelle 25 einen geschlossenen Mund festgestellt hat. Vorzugsweise sind jedoch beide Bedingungen erforderlich, so daß zum Verhindern falscher Meßergebnisse aufgrund besonders hoher oder besonders niedriger Umgebungstemperaturen vermieden sind.
Wie oben erwähnt, ist ein Speichel- oder Tropfenschirm erforderlich, wobei eine derartige Konstruktion in der Figur mit 28 illustriert ist. Diese umfaßt eine Scheibe 29, welche oberhalb des Einlasses 13 auf einem Stab 30 gehaltert ist.
Fig. 2 illustriert eine vorteilhafte Ausbildung des Lösemechanismus 22. Es ergibt sich anschaulich, daß der Knopf 19 bei 32 eine Ausnehmung aufweist, so daß in gedrückter Position eine Arretierung 30 des Auslöseknopfes 34 in die Öffnung 32 zum Zurückhalten des Kolbens eingreift. Der Knopf 34 ist als federvorgespannter Kippschalter ausgebildet und der Kolben 18 wird durch Drücken des Schalters gegen die Kraft der Feder 35 gelöst.
Die Vorrichtung 10 hat den zusätzlichen Vorteil, daß sie nicht nur zu einem Selbsttest, sondern auch zum Durchführen einer Messung an einer bewußtlosen Person auf einfache Weise geeignet ist.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Feder und der Riegelmechanismus durch einen batteriebetriebenen mikroelektrischen Motor ersetzt, wobei in diesem Fall der Knopf 19 beispielsweise einen elektrischen Schalter betätigt. Alternativ ist jedoch der Motor 44 vollständig vom Mikroprozessor 26 gesteuert, wobei der Motor vom Thermistor und/oder der photoelektrischen Zelle, wie oben beschrieben, aktiviert wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Üblicherweise ist ein An-/Ausschalter vorgesehen. Der Motor 44 ist beispielsweise im Zylinder 17 befestigt und betätigt den Kolben 18 über seine Kolbenstange 18a geradlinig. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der Kolben von einem federbelasteten Diaphragma verschoben.
Fig. 3 illustriert eine Ausführungsform, bei der die Spitze des Körpers 11 modifiziert ist.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Messen der Konzentration einer flüchtigen oxydierbaren oder reduzierbaren Komponente in der Atemluft einer Person mit einem Körper (11) mit einem Einlaß (13), einem elektrischen Sensor (15) zum Messen der flüchtigen Komponente, Mitteln (18) zum Ziehen einer Probe durch den Einlaß (13) zum Sensor (15) und Mitteln (23) zum Anzeigen der von dem Sensor (15) gemessenen Konzentration der flüchtigen Komponente, wobei die Vorrichtung (10) im Körper (11) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) zum Messen der flüchtigen Komponente in der im Gleichgewicht mit dem Speichel befindlichen Atemluft einer Person dient, daß der Einlaß (13) eine zum Einführen in den Mund eines Benutzers passende Grösse aufweist, derart, daß der Mund der Person vollständig den Einlaß (13) umschließt, um im Mund einen Kopfraum auszubilden, und daß die Vorrichtung (10) ferner Mittel (24, 25, 26) aufweist, um zu bestimmen, wann ein vorbestimmter Zeitabschnitt abgelaufen oder eine spezifische Umgebungsbedingung im Mund erreicht ist, nachdem der Mund des Benutzers den Einlaß (13) umschlossen hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (44) zum Betätigen des Probenziehmittels (18) aufweist, wenn die vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (11) länglich ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (13) an oder nahe zu einem Ende des Körpers (11) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (11) im wesentlichen stiftförmig, spritzenförmig oder in anderer Weise ausgebildet ist, um einfach in der Tasche eines Benutzers tragbar zu sein.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmungsmittel (24, 25, 26) einen Thermistor (24) oder dgl. aufweist, um zu ermitteln, ob die Luft im Mund des Benutzers eine vorbestimmte oder konstante Temperatur erreicht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmungsmittel (24, 25, 26) ein Lichterfassungsmittel (25) erfaßt, um ermitteln, wann der Mund des Benutzers um den Einlaß (13) herum geschlossen ist, wobei das Betätigungsmittel (44) das Probenziehmittel (18) nur dann betreibt, wenn der Mund des Benutzers geschlossen und eine vorbestimmte Zeit nach dem Schließen des Mundes des Benutzers um den Einlaß (13) herum vergangen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (44) nur dann in Betrieb ist, wenn der Mund des Benutzers geschlossen und eine vorbestimmte oder konstante Temperatur erfaßt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Einlaß (13) überlappende Blende (29), welche einen ringförmigen oder teilweise ringförmigen Raum ausbildet, durch welchen Luft treten kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Probenziehmittel (18) derart angeordnet ist, daß der am Einlaß (13) erzeugte Sog relativ niedrig und unzureichend zum Ansaugen einer Flüssigkeit ist.

11. Verfahren zum Erhalten der Anzeige einer Blutalkoholkonzentration, gekennzeichnet durch Einführen eines Probeneinlasses (13) in den Mund des Benutzers, Schließen des Mundes um den Einlaß (13) herum für eine ausreichende Zeitspanne, um ein Gleichgewicht der im Mund gefangenen Luft zu erreichen, Abtasten der gefangenen Luft und Zuführen der Probe an einen elektrischen Gassensor (15) zum Erzeugen des Alkoholgehaltes im Atem des Benutzers und somit im Körper des Benutzers.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausreichende Zeitspanne zwischen 15 und 30 Sekunden beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Benutzer vor dem Einführen des Einlasses (13) in seinen Mund schluckt.