DE2906790C3 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Blutes durch Messung der Alkoholkonzentration und der Feuchtigkeit in der Atemluft - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Blutes durch Messung der Alkoholkonzentration und der Feuchtigkeit in der Atemluft

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Eine bekannte Anordnung zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Blutes mißt den Alkohol in der Atemluft an einem durch eine Zeitsteuerung festgelegten Zeitpunkt. Dieser Zeitpunkt ist durch den Ablauf eines innerhalb des Ausatemzeitraums beginnenden vorgebbaren Zeitintervalls bestimmt. Der Atemluftdurchsatz darf dabei innerhalb dieses Zeitintervalls nicht unter einen festgelegten Mindestdurchsatz absinken und dabei immer nur in Ausatemrichtuiig 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 Alkoholkonzentration der Atemluft aus den Alveolen der Lunge mißt Der Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls wird durch den Zeitpunkt bestimmt, zu dem ein Mindestatemluftvolumen von vorzugsweise mindestens 75% des
Ό gesamten Atemluftvolumens abgeatmet ist. Ein Integrator kann den Atemluftdurchsatz beim Ein- und Ausatmen zeitlich integrieren und daraus aen Ablauf des Zeitintervalls nach dem Mindestatemluftvolumen feststellen. Diese Ausführungsform soll vom Körperbau
ι ^ des zu Prüfenden unabhängig sein. Das Verfahren ist jedoch nicht sicher gegen Meßfehler, bedingt durch zu Prüfende, die entweder eine große Lunge haben, oder nicht willig sind. Durch eine bewußt flache Einatmung kann eine viel zu geringe Atemkapazität vorgetäuscht vverden. Das sich automatisch einstellende Mindestatemvolumen kann bei der Priifung dann praktisch noch Mischluft aus Lunge, Mundhöhle und Rachenraum sein (DE-OS 24 28 352).
Ein weiteres bekanntes Verfahren und die Anordnung dazu gehen auch davon aus, daß nur dann die wirkliche Alkoholkonzentration in der Atemluft erfaßt wird, wenn 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 auch hier die Pendelluft aus dem Mund- und Rachenraum und die Mischluft von der Aleolarluft meßtechnisch zu trennen.
Das bekannte Verfahren und auch die Anordnung dazu lösen die Aufgabe mittels eines Infrarot-Meßgerätes, das während der Probenahme laufend die momentane Alkoholkonzentration mißt.
In einem Schwellwertkomparator wird die zeitliche Änderung der Meßwerte festgestellt, die das Maß für die Anstiegsgeschwindigkeit der Alkoholkonzentration darstellt.
Die Weitergabe eines Meßwertes zur Anzeige erfolgt erst, wenn die Anstiegsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Diese erste Bedingung ergibt sich daraus, daß mit dem Absinken der Anstiegsgeschwindigkeit der Pendelluftanteil aus dem Mund- und Rachenraum immer geringer wird und sich bei Unterschreiten des Schwellwertes dann nur noch Alveolarluft im Meßkanal der Anordnung befindet. Als weitere Bedingung zur Weitergabe des Meßwertes muß die von einem Strömungsmesser ermittelte Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft bis zur Weitergabe des Meßwertes während eines vorgegebenen Zeitraums über einem vorgegebenen Wert gelegen haben. Diese weitere Bedingung sichert den vorgesehenen Ablauf des Meßverfahrens. Die Messung der Alkoholkonzentration erfolgt durch ein in den Atemluftstrom eingeschaltstes Infrarot-Meßgerät mit kurzer Ansprechzeit.
Der Aufbau des Gerätes ist durch die notwendige Erfüllung der drei Bedingungen, nämlich der Feststellung der zeitlichen Änderung des Alkoholsignals, der Messung der Ausatemgeschwindigkeit im Vergleich mit einem vorgegebenen Wert und der Mindesteinhaltung dieses Wertes über eine vorgegebene Zeit umfangreich und kompliziert und verlangt außerdem eine enlsprechende Überwachung (DE-OS 26 10 578).
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Blutes durch Messung der Alkoholkonzentration
der Atemluft, dessen Meßergebnis auch durch Täuschungsabsichten, z. B. durch Flachatmung, von Unwilligen nicht beeinflußt ist
Die Lösung der Aufgabe, soweit sie das Verfahren betrifft, erfolgt nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Mit dieser Lösung ist zur Feststellung der Blutalkoholkonzentration durch Messung der Atemalkoholkonzentration und Feuchtigkeit eine Täuschung durch unwillige zu Prüfende oder auch durch eine falsche Probenahme nicht mehr möglich, ganz gleich, welche Atemtechnik der zu Prüfende dabei auch anwendet. Das Meßergebnis ist, da es durch das Verhältnis der gemessenen Alkoholmenge und der Feuchtigkeit bestimmt ist, unabhängig davon, ob die Probe aus der Lunge oder aus den übrigen Atemwegen entnommen wurde. Es ist für das Meßergebnis auch unbedeutend, ob das Probevolumen aus einem Atemzug oder auch aus mehreren Atemzügen stammt.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in der Atemluft der Alkohol und die Feuchtigkeit in einem engen Verhältnis zueinander stehen. Wenn der zu Prüfende versucht, durch Flachatmung also Lm wesentlichen möglichst nur einen Luftaustausch im Mundraum und den oberen Luftwegen vorzunehmen, dann geht dies in das Meßergebnis praktisch nicht ein, weil das Verhältnis Alkohol/Feuchtigkeit praktisch unbeeinflußt bleibt Auch beim Verdunsten von Flüssigkeit im Mund- und Rachenraum werden der Alkohol und das Wasser in einem gleich engen Verhältnis wie in der Lunge in die Atemluft aufgenommen.
Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5. Sie sichern die funktionssichere Durchführung des Alkoholtestes, komplizierte, erschwerende Kontrollen von Seiten der Prüfer sind nicht erforderlich.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung mittels einer beispielsweisen Anordnung näher erläutert. Der zu Prüfende atmet durch ein Atemrohr i aus. Es ist beheizt, um Kondensationen zu verhindern. Aus hygienischen Gründen kann es mit einem auswechselbaren Mundstück ausgerüstet sein.
Das Atemrohr 1 ist mit einem Alkohol/Wasser-Sensor 3 ausgerüstet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es ein optischer Geber. Der Alkohol wird als optische Absorption bei 3,4 μπι Wellenlänge und das Wasser bei 2,7 μΓη Wellenlänge gemessen. Die beiden Wellenlängen werden wechselweise durch in ein Filterrad 15 eingebaute Filter für Alkohol (16) und für Wasser (17) durchgelassen. Eine Lampe 10 durchleuchtet dabei über einen Kondensor 11 und durch die Fenster 12 und 13 den Meßraum 14 im Atemrohr 1. Am Filterrad 15 befindet sich eine Detektoreinrichtung 18, die Signale erzeugt entsprechend der Stellung des Filterrades 15, und zwar
über Leitung 19 ein Signal 5/5 :
Bei S ist ein Signal vorhanden, bei Null ist der Lichtweg zwischen den Filtern 16 und 17 verschlossen,
über Leitung 20 ein Signal A/W:
Bei A ist ein Alkoholsignal über Leitung 24 vorhanden, bei Null ein Wassersignal.
Ein Detektor 21 übersetzt das Licht aus dem Meßraum 14 in fin elektrisches Signal. Nach der Verstärkung und Skalierung im Vorverstärker 22 wird es einem Analog-Digiiai-Wandler 23 zugeleitet. Der Ausgang des ADW 23 geht auf zwei Gatter 25 und 26, die, wenn ihre Schaltbedingungen erfüllt sind, den Wert auf Leitung 24 in den Speichern 27 für Alkohol und Speicher 28 für Wasser speichern. Ein Speicher 29 enthält den Alkohol-Null-Wert, ein Speicher 30 den Wassergehalt der Umgebungsluft Ein Subtrahierer 31 zieht den Alkohol-Null-Wert des Speichers 29 von dem Alkoholwert des Speichers 27 ab. Damit liegt an dessen Ausgang
Ra = Alkoholkonzentration (mg · l~') im Probenvolumen
an. Ein Subtrahierer 32 zieht von dem Speicherwert
Rwa = Wasserkonzentration (mg - 1-') im Froben-)5 volumen
des Speichers 28 den Speicherwert
RwI = Wasserkonzentration (mg -M) der Umgebungsluft
des Speichers 30 ab.
Damit liegt an dessen Ausgang rter Wert Rwa— RwJ an.
Dem Prinzip nach würde es ausreichen, den Wert am Ausgang des Subtrahierers (31) durch den V/ert am Ausgang des Subtrahierers (32) zu dividieren und den Quotienten mit einer geeigneten Konstanten zu multiplizieren, um die Alkoholanzeige zu bekommen. Der zur Anzeige gelangte Wert umfaßt die winzige Atemluftmenge, die gerade im Meßraum 14 ansteht.
jo Durch die Änderungen innerhalb der Atemluftmenge ist die Anzeige entsprechend verschieden. Um einen aussagekräftigen Wert zu bekommen, ist eine Mittelung über eine Mehrzahl von Einzelmessungen erforderlich. Dies wird mit dieser Anordnung verwirklicht.
Dazu ist im Atemrohr 1 ein Strömungsmeßgeber 2 nach dem Karman-Wirbel-Prinzip angeordnet. Beim Karman- Wirbel sind sowohl die Wirbelzahl als auch die Wirbelamplitude strömungsabhängig. Durch den Einbau einer Signalschwelle in den elektronischen Auswerter 5 wird die Empfindlichkeit nach unten begrenzt. Damit werden störende Einflüsse, die sich über den Druckgeber 4 bemerkbar machen würden, ausgeschaltet. Die dabei nicht erfaßten Strömungsmengen der Atemluft, die bei den geringen Strömungsgeschwindigkeiten nur anfallen, stören das Ergebnis nicht.
Zur Mittelung wird der Ausgang aus dem Speicher 31 in dem Speicher 33 gezählt, und zwar je einmal pro Impuls auf Leitung 6, also
lR*-dv·
in dem Speicher 34 entsprechend aus dem Ausgang des Speichers 32
\(Rwa-Rwl)· dv.
Die Aufsummicrung der Teilproben aus den Impulsen wird fortgesetzt, bis eine gewisse Mindestwassersunahme Mw im Speicher (34) enthalten ist.
Als ein brauchbarer Wert für dieses Integral hat sich unter Zugrundelegung einer Umgebungsluft von 250C bei 43% RF und einer Menge von 3 I ein Wert von Mw = 35 mg ergeben. In einem dem Speicher 34 folgenden Subtrahierer 35 wird dieser Festwert von dem Wert aus dem Speicher 34 abgezogen. Sobald der Differenzwert positiv wird, also der Wert aus dem
*>*> Probenvolumen großer ist, erhält Leitung 36 Signal, und die Probenahme wird beendet. Es werden dazu über die Leitung 6 weitere Impulse gesperrt und im Rechner 37 aus dem Verhältnis
der gemessenen Menge Alkohol Ra
der gemessenen Wasserzunahme Rw :i - RwI
heraus die Alkoholmenge in der Atemluft und damit im Blut festgestellt. Ein Anzeigegerät 38. das auch als Drucker ausgeführt sein kann, zeigt das Ergebnis. Das Atemrohr I ist am Ausgang mit einem Rückschlagventil 42 ausgerüstet, mit dem Meßfehler durch mögliches Einströmen von Umgebungsluft verhindert werden.
Vor der Messung wird das Atemrohr I von einem I.uftförderer 41 über die Luftleitung 40 mit Umgebungs- IuFt ausgespült, zugleich liegt ein Signal auf Leitung 39 an. Damit werden in den Speichern 29 und 30 die Ausgangswerte gespeichert und die Speicher 33 und 34 auf Null zurückgestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Blutes durch Messung der Alkoholkonzentration der Atemluft unter Einhaltung einer Mindestströmungsmenge durch das Atemrohr, d a durch gekennzeichnet, daß mittels eines Alkohol/Wasser-Sensors im Atemrohr die Alkoholkonzentration und die Wasserkonzentration fortlaufend für eine bestimmte Strömungsmenge gemessen werden, daß die gemessenen Werte aufsummiert werden und der Quotient aus der Alkoholmenge und der Wasserzunahme gegenüber der Umgebungsluft gebildet wird.
Z Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemrohr (1) mit einem von außen nach innen schließenden Rückschlagventil (42), mit einem Alkohol/Wasser-Sensor (3) und mit einem Strömungsmeßgeber (2) ausgerüstet ist: daß in einer ersten Stellung des Älkohol/Wasser-Sensors (3) den Alkoholwerten entsprechende Impulse erzeugbar und als Differenz aus dem Meßwert und dem Nullwert in einen ersten Speicher (33) einzählbar sind; daß in einer zweiten Stellung des Alkohol/Wasser-Sensors (3) den Wasserwerten entsprechende Impulse erzeugbar und als Differenz aus dem Meßwert und dem Wert der Umgebungsluft in einen zweiten Speicher (34) einzählbar sind; daß die Zählungen durch den Strömungsmeßgeber (2) auslösbar sind; und daß ein Rechner (37) zur Bildung des Quotienten aus Jen Inhalten der Speicher (33, 34) und ein nachgeschaltetes Anzeigegerät (38) vorgesehen sind.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol/Wasser-Sensor (3) ein Filterrad (15) mit einem Filter (16) für Alkohol und einem Filter (17) für Wasser besitzt und eine Detektoreinrichtung (18) vorhanden ist, die mit Signalen die Stellung des Filterrades (15) in die folgenden Anordnungselemente weitergibt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmeßgeber (2) ein Karman-Wirbel-Zähler mit einem Wirbelstab (7) und einem Druckgeber (4) ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftförderer (41) zur Förderung von Umgebungsluft als Spülluft über eine Luftleitung (40) in das Atemrohr (1) vorgesehen ist.
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