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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
indirekten Bestimmung der Konzentration einer vorbestimmten Substanz
im Blut durch Messen der Konzentration der genannten Substanz und
der Wasserdampfkonzentration in der Ausatmungsluft einer Person
und Verwendung einer bekannten Beziehung zwischen diesen Konzentrationen.
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Das
Verfahren gemäß vorliegender
Erfindung wird insbesondere zum Bestimmen der Alkoholkonzentration
vorgeschlagen, kann jedoch auch zur Bestimmung der Konzentration
einer anderen Substanz, welche im Blut vorkommen kann, verwendet
werden.
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US-A-4
314 564 beschreibt solch ein Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration,
sowie ein Gerät
zur Ausübung
des Verfahrens, wobei Ausatmung direkt in eine Röhre von derem einen Ende über ein
Mundstück
geschieht. Wenn ein und dasselbe Gerät zur Ausführung von nacheinander folgenden
Alkoholkontrollen an verschiedenen Personen verwendet werden soll,
muss das Mundstück
aus hygienischen Gründen
austauschbar sein, und deshalb wird ein Einmalmundstück für jede Person,
die kontrolliert wird, verwendet, wobei dies kostenaufwendig ist,
wenn das Gerät für Massentests
verwendet wird und das Austauschen des Mundstücks nach jeder Kontrolle auch
eine Handhabung desselben erfordert, was die Zeitdauer für die Kontrolle
erhöht.
Des Weiteren bedeutet die Notwendigkeit, dass die zu kontrollierende
Person das Mundstück
an die Lippen platzieren muss, dass die Kontrolle kaum ausgeführt werden
kann, ohne öffentliche
Aufmerksamkeit zu erregen, was in bestimmten Situationen für die zu
kontrollierende Person ziemlich lästig sein kann.
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US-A-5
376 555 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
der Konzentration von alveolarem Alkohol in Ausatmungsluft, welche
in eine Infrarotabtastvorrichtung geblasen wird. Das Vorhandensein
von Alkohol von den Atemwegen der zu kontrollierenden Person wird
durch kontinuierliche Überwachung
von Alkohol und Kohlendioxid getestet und festgestellt, wobei Alkoholwerte
im Verhältnis
zu Kohlendioxid normalisiert werden, eine Differenz zwischen normierter
Alkoholkonzentration und Kohlendioxidkonzentration mit der Zeit
berechnet wird, die Differenz integriert wird, und die integrierte Differenz
mit einem Schwellenwert verglichen wird. Die Alkoholkonzentration
im Blut kann mithilfe dieses Verfahrens nicht zuverlässig bestimmt
werden, da der Kohlendioxidgehalt in der Ausatmungsluft nicht konstant
ist, sondern von Atemzug zu Atemzug sowie während des Atemzugs variiert.
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Gemäß dem gebräuchlichsten
Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration im Blut einer Person,
zum Beispiel bei Verkehrskontrollen, wird ein Atemtest durchgeführt, wobei
die Alkoholkonzentration am Ende einer tiefen Ausatmung gemessen
wird. In diesem Fall wird die maximale Alkoholkonzentration in der
alveolaren Luft (der Teil der Ausatmungsluft, welcher am tiefsten
in der Lunge war) gemessen. Da die genaue Temperatur in der Lunge
unbekannt ist und demzufolge auch die Temperatur, bei welcher der
Alkohol verdampft wurde, unbekannt ist, wird ein Fehler in der Bestimmung
des Blutalkoholgehaltes vorkommen, welcher sich auf ca. 7%/°C Abweichung beläuft. Die
Lungentemperatur kann mehrere Grad abweichen, in Abhängigkeit
von der Körpertemperatur
(Fieber), der Außentemperatur,
des Atemmusters, der Körperbelastung,
usw., und der Fehler kann erheblich sein. Durch Messung der Temperatur
der ausgeatmeten alveolaren Luft kann dieser Fehler teilweise kompensiert
werden, da jedoch der Temperaturabfall von der Lunge zum Messpunkt
erheblich sein wird und mit dem Atemmuster, der Außentemperatur
usw. variiert, wird der verbleibende Fehler erheblich sein.
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US-A-5
458 853 beschreibt eine Vorrichtung zum Analysieren einer Atemprobe,
insbesondere zum Feststellen, ob ein Fahrzeugführer unter dem Einfluss von
Alkohol steht oder nicht. Die Vorrichtung erlaubt eine Probenentnahme
auf zwei verschiedene Weisen: gemäß einem Probenentnahmeverfahren atmet
die Testperson auf einen Zuleitungsanschluss, und gemäß dem anderen
Probenentnahmeverfahren atmet die Person durch ein Mundstück aus.
Das erstgenannte Probenentnahmeverfahren stellt eine „passive" Probenentnahme dar
und wird sehr diskret ohne manuelle Handhabung ausgeführt. Mithilfe
dieser Probenentnahme können Personen,
welche überhaupt
keinen Alkohol im Blut haben, ausgeschlossen werden. Diese Personen
werden keiner weiteren Probenentnahme unterzogen, während Personen,
für welche
sich herausstellt, dass sie Alkohol im Blut haben, zwecks einer
exakteren Bestimmung des Blutalkoholgehaltes einer Probenentnahme
gemäß der anderen
Methode unterzogen werden, die den Gebrauch eines Mundstückes vorschreibt,
welches aus hygienischen Gründen
nach jeder Probennahme ausgetauscht werden muss. Bei der „passiven„ Probennahme
kann die Ausatmung eine ganz gewöhnliche
Ausatmung umfassen, so dass die Messung bei Personen, welche frei
und vollständig
normal ausatmen, durchgeführt
werden. Mit anderen Worten wird keine spezielle Atemtechnik zur Durchführung der
Kontrolle benötigt.
Daraus folgt, dass die Kontrolle sehr diskret durchgeführt werden kann,
ohne dass die Kontrolle von Personen in der Nähe der Testperson, oder der
Testperson selbst, bemerkt wird. Demzufolge kann eine Probenentnahme bei
verschiedenen Personen nacheinander durchgeführt werden, ohne das es notwendig
ist, dass manuelle Massnahmen bei jeder einzelnen Kontrolle getroffen
werden müssen,
wie z.B. der Austausch des Mundstückes oder anderer Verbrauchsartikel.
Die Probenentnahme wird auf hygienische Weise durchgeführt und
zudem auf eine Weise, welche als die persönliche Integrität minimal
kränkend
aufgefasst wird.
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Die
Vorrichtung gemäß US-A-5
458 853 wird vor allen Dingen zur Verwendung bei „fliegenden„ Nüchterheitskontrollen
von Fahrzeugführern
vorgeschlagen und zielt, um Kosten zu sparen, darauf ab, die Anwendung
von Mundstücken zu
verringern, jedoch gibt es viele andere Situationen, in welchen
es wünschenswert
ist, unbeaufsichtigte Alkoholkontrollen automatisch und schnell
auf „passive„ Weise durchzuführen, beispielsweise
für Alkoholkontrollen von
Besuchern zu einer öffentlichen
Unterhaltungsveranstaltung, wenn die Besucher einen Eingang passieren,
Alkoholkontrollen von Fahrzeugführern
an Bezahlstationen von Mautstraßen
und an Garagenausfahrten, sowie Alkoholkontrollen von Angestellten an
Arbeitsplätzen,
wenn Alkoholprobleme beim Personal vorkommen, d.h. Situationen,
in welchen man mehr oder weniger betrunkene Menschen abfangen möchte. Ein
weiteres Beispiel für
eine passive Alkoholkontrolle ist das einer Person, die ein Strafurteil
zu Hause ableistet und mit einer elektronischen Fußfessel
versehen ist, um zu überprüfen, ob
die verurteilte Person die Bedingung keinen Alkohol zu konsumieren,
erfüllt.
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„American
J. Public Health, Vol. 83 (4), Seiten 556–560, (1993)" beschreibt die Anwendung
des CMI/MPH Alkometers VAS in Feldversuchen für passive Alkoholkontrollen.
Die Konstruktion des Messgerätes
wird darin jedoch nicht beschrieben.
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„Clinical
Science, Vol. 63, Seiten 441–445, (1982)" beschreibt eine
Beziehung zwischen der Temperatur, Feuchtigkeit und Alkoholkonzentration
in der Ausatmungsluft von Personen mit Alkohol im Blut. Die Alkoholkonzentration
wurde mithilfe eines Gaschromatografen, welcher an ein Mundstück befestigt
war, bestimmt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es zu ermöglichen, die Konzentration
einer bestimmten Substanz im Blut indirekt durch „passive„ Messung
der Konzentration der genannten Substanz in der Ausatmungsluft einer
Person zu bestimmen, und zwar mit größerer Genauigkeit als sie bei
den vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen erreicht werden kann,
durch minimieren des Fehlers, welcher von der Schwankung der Verdampfungstemperatur
(Lungentemperatur) abhängt,
sowie auch mit größerer Genauigkeit als
sie bei aktiven Geräten
erreicht werden kann, wobei hier die Ausatmung durch ein Mundstück mit einer
spezielle Atmungstechnik geschieht, wobei die vollständige Zusammenarbeit
der kontrollierten Person notwendig ist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es zu ermöglichen, dass die Messung rasch
durch die zu kontrollierende Person, die ungehindert ausatmet, und
ohne dass eine spezielle Atmungstechnik notwendig ist, für eine zuverlässige Messung
ausgeführt werden
kann.
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Um
diese Aufgaben zu lösen
wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren zur indirekten Bestimmung der Konzentration einer
bestimmten Substanz im Blut, der oben genannten Gattung, vorgeschlagen, welches
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Die
Erfindung sieht auch ein Gerät
gemäß Anspruch
11 zum Ausführen
des Verfahrens vor.
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Die
Konzentration von Alkohol in der Ausatmungsluft ist nicht nur von
der Alkoholkonzentration im Blut abhängig, sondern auch – auf dieselbe
Weise wie Wasserdampf – von
der Lungentemperatur. Die Änderung
des Sättigungsdruckes,
in Abhängigkeit von
der Temperatur unterscheidet sich jeweils für Wasser und Alkohol, doch
ist der Unterschied gering. Wenn 37°C als Normaltemperatur gewählt wird,
wird der Messfehler beim Anwenden des Verfahrens eine Abweichung
von zirka 0,9%/°C
von der Normaltemperatur sein, wobei dies mit der Genauigkeit von
zirka 7%/°C
verglichen werden sollte, welche mit vorbekannten Techniken erreicht
wird.
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Um
die Erfindung mehr detailliert zu erläutern, werden zwei veranschaulichende
Ausführungsformen
des Gerätes
gemäß der Erfindung,
sowie die Weise, auf welche das Verfahren gemäß der Erfindung mithilfe dieses
Gerätes
angewendet wird, nachstehend beschrieben, mit Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen,
in welchen
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1 ein
diagrammatische axielle Querschnittsansicht über das Gerät gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
diagrammatische Ansicht ähnlich 1 ist,
wobei jedoch das Gerät
mit einem Mundstück
versehen ist, um ein abgeändertes
Verfahren zu verwenden;
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3 ist
eine Ansicht, in welcher das Gerät mit
einem Computer und einem Drucker verbunden ist;
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4 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Alkohol und Wasser
in der Ausatmungsluft von einer Person zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Alkohol und Wasser
in der Ausatmungsluft von einer Person, die einen geringeren Blutalkoholgehalt
als die Person von 4 aufweist, zeigt;
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6 zeigt
registrierte Messwerte für
Alkohol, Wasser und Kohlendioxid von einer Atemkontrolle; und
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7 ist
eine diagrammatische Perspektivansicht über eine zweite Ausführungsform
der Erfindung.
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Das
Gerät gemäß vorliegender
Erfindung ist vornehmlich ein Gasanalysator und umfasst in einer ersten
Ausführungsform
gemäß 1 bis 3 eine doppelwandige
zylindrische Küvette 10,
die einen wärmeisolierenden
Spalt zwischen der äußeren Wand
und der inneren Wand aufweist. Die Küvette ist an ihrem einen Ende
mithilfe eines Elementes 11 verschlossen, während sie
gegen die Umgebung an ihrem anderen Ende offen ist, wo die Küvette mit
einem Rand 12 versehen ist, der eine trichterförmige Einlassöffnung 13 der
Küvette
bildet. Eine Leitung 14, die ein Lüfter oder eine Luftpumpe 15 oder
eine Gasflasche mit Druckluft umfasst, die mit der Leitung verbunden
ist, öffnet
sich radial in der Küvette
in der Nähe
des Endelementes 11. Eine zylindrische innere Röhre 16 ist
koaxial im Inneren der Küvette
montiert, wobei die genannte innere Röhre ein offenes Ende aufweist,
das axial vom Lufteinlass 13 beabstandet ist und am anderen
Ende davon an das Endelement 11 befestigt ist, wo sie mit
einer Querpassage 17 mit dem Endelement in Verbindung steht.
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Eine
Strahlungsquelle 18 wird in dem offenen Ende der inneren
Röhre 16 mithilfe
eines oder mehrerer Flügel 19 abgestützt, welche
die Passage durch die Röhre
nicht wesentlich behindern. Ein Fenster 20 ist im Endelement 11 in
Deckung mit der Strahlungsquelle montiert. Außerhalb des Endelementes ist
ein Filterrad 21, das in diesem Fall vier Filter 22 aufweist,
um eine Achse, die parallel mit der Achse der Küvette 10 und der inneren
Röhre 16 orientiert
ist, mittels eines elektrischen Motors (nicht dargestellt) rotierbar
montiert, so dass ein Filter 22 nach dem anderen in eine
deckende Position mit dem Fenster 20 gebracht wird. Ein
Lichtdetektor 23 auf der Seite des Filterrades gegenüber dem
Fenster ist in Deckung mit der Strahlungsquelle 18 und
dem Fenster 20 montiert, sowie in Deckung mit dem Filter 22,
wenn dieser in Deckung mit dem Fenster ist. Falls das Gerät für Alkoholkontrollen
vorgesehen ist, sind drei der Filter jeweils für die Alkohol-, Wasser-, und Kohlendioxidmessung,
während
der vierte Filter ein Referenzfilter ist. Ein thermostatgeregeltes elektrisches
Heizelement 54 ist an die innere Röhre 16 montiert.
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Wenn
das beschriebene Gerät
benutzt wird, sollte die Leitung 14 mit einem Raum verbunden sein,
in welchem die Luft frei von dem Gas, dessen Konzentration in der
Ausatmungsluft im Gerät
gemessen werden soll, oder die Luft hat eine bekannte Konzentration
dieses Gases und des Weiteren hat sie eine bekannte Wasserkonzentration.
Die Luft in diesem Raum wird mittels des Lüfters oder der Luftpumpe 15 entweder
direkt oder über
einen Zeolith- oder Kohlenstofffilter zur Ausgleichung des Gehaltes an
dem genannten Gas und an Wasserdampf eingezogen. Die Luft wird in
den ringförmigen
Raum zwischen der Küvette 10 und
der inneren Röhre 16 transportiert
und strömt
in diesen Raum auf das offene Ende der Küvette zu, wo die Luft teilweise
zur Umgebung durch die Einlassöffnung 13 im
Rand 12 entweicht, während
der Rest der Luft durch den Rand auf das offene Ende der inneren
Röhre 16 zu
fließt, um
durch diese Röhre
in die Auslasspassage 17 zu strömen und von dort in die Umgebung
gelangt. Der Luftstrom wird durch Doppelpfeile angedeutet. Die mittels
des Gerätes
zu kontrollierende Person richtet seine oder ihre Ausatmungsluft
auf die Einlassöffnung 13,
ohne dass die Lippen in Kontakt mit dem Rand 12 gelangen.
Ein Luftstrahl, welcher aus einem freien Luftstrom im Raum besteht,
aber nicht notwendigerweise genau festgelegt ist, wird vom Mund
in einem Abstand von der Einlassöffnung
auf die Öffnung zu
während
einer ganz normalen Ausatmung verströmt, und wird in und durch die
Einlassöffnung 13 geleitet,
welches mit einem dicken Pfeil markiert ist, um danach durch die
innere Röhre 16,
zusammen mit der Luft, welche von der Leitung 14 geliefert
wird, zu strömen,
wobei die innere Röhre
auf einer vorbestimmten erhöhten
Temperatur mithilfe des Heizelementes 24 gehalten wird,
vorzugsweise auf 40°C,
um Kondensation in der inneren Röhre
zu vermeiden. Ein Lichtstrahl, vorzugsweise Infrarotlicht, wird
von der Strahlungsquelle 18 axial durch die innere Röhre 16 ausgesendet,
und dieser Lichtstrahl passiert durch das Fenster 20, um dann vom
Detektor 23 über einen
der Filter 22 in der rotierenden Filterscheibe 21 eingefangen
zu werden, wobei der Detektor die Lichtintensität abtastet, welche dann zur
Bestimmung der Konzentration einer bestimmten Substanz in der Luft,
welche durch die innere Röhre
passiert, in Abhängigkeit
vom jeweiligen Filter, der sich zu diesem Zeitpunkt im Strahlengang
befindet.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
basiert darauf, dass eine Beziehung zwischen der Gaskonzentration
im der Ausatmungsluft, deren Konzentration im Blut indirekt bestimmt
werden soll, und einem anderen Gas, welches sich in der Ausatmungsluft
befindet, besteht, wobei das genannte Gas für den Spezialfall der Bestimmung
der Konzentration von Alkohol vorzugsweise aus Wasserdampf besteht.
Aufgrund der großen
Kontaktoberfläche
(größer als
70 m2) zwischen dem Atmungsgas und den Alveolenwänden, wird
das Atmungsgas immer mit Wasserdampf bei der vorhandenen Verdampfungstemperatur
(Lungentemperatur) gesättigt
sein. Bei normaler Lungentemperatur von 37°C beträgt die Wasserdampfkonzentration
43,95 mg/l. Die Beziehung zwischen der Wasserdampfkonzentration
und der Alkoholkonzentration ist wesentlich linear. Deswegen ist es
nicht notwendig, die Konzentration von Alkohol in der Ausatmungsluft
während
einer kompletten Ausatmung zu messen; es ist ausreichend die Konzentration
von Wasserdampf und die Konzentration von Alkohol in der Ausatmungsluft
während
einer oder mehrerer kurzer Ausatmungen zu bestimmen, um die lineare
Beziehung zwischen den genannten Konzentrationen zu erhalten, und
um daraufhin auf der Basis dieser Beziehung die Konzentration von
Alkohol am Ende der vollständigen
Ausatmung einer Person bei der Normaltemperatur (37°C) zu bestimmen.
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Durch
Messung des Kohlendioxidgehaltes in der Ausatmungsluft kann die
Ausatmung sicher definiert werden, um sicherzustellen, dass sich
das Messresultat wirklich auf die Ausatmungsluft bezieht. Aus diesem
Grunde wird die Messung der Konzentration von Wasserdampf und der
Konzentration von Alkohol erst bei einem bestimmten Wert des Kohlendioxidgehaltes
in der Ausatmungsluft gemessen.
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Im
Koordinatensystem in 4, auf welche nun Bezug genommen
wird, gibt die Abszisse die Konzentration von Wasser in der Ausatmungsluft
einer Person in mg/l an, während
die Ordinate die Konzentration von Alkohol in der Ausatmungsluft,
auch in mg/l, angibt. Eine Anzahl kurze Ausatmungen wurden gemacht
und die Schnittpunkte der gemessenen Konzentrationen von Wasser
und Alkohol wurden im Koordinatensystem mit kleinen Kreisen 25 markiert. Man
sieht, dass sich diese Kreise wesentlich auf einer gera den Linie 26 befinden,
welche durch Ziehen einer Linie durch den niedrigsten Schnittpunkt,
bei einer Wasserkonzentration von 11,08 mg/l und einer Alkoholkonzentration
von 0 mg/l, und den höchsten Schnittpunkt,
welcher sich bei einer Wasserkonzentration von 31,45 mg/l und einer
Alkoholkonzentration von 0,179 mg/l befindet. Da die Beziehung zwischen den
Wasser- und Alkoholkonzentrationen dieser Linie folgen, kann aus
dem gezeigten Diagramm abgelesen werden, dass der Alkoholgehalt
am Ende der Ausatmung bei 43,95 mg/l Wasser 0,289 mg/l Alkohol beträgt. Da es
bekannt ist, dass Alkohol mit einer Konzentration von 0,47 mg/l
einem Alkoholgehalt von 1‰ entspricht,
beträgt
der Alkoholgehalt im Blut für die
Messung, welche in 4 gezeigt wird, 0,62‰. Das
Diagramm in 4 bezieht sich auf eine Messung
bei Normaltemperatur (37°C),
aber, wie oben erwähnt,
wird der Fehler bei einer Abweichung von der Normaltemperatur nur
0,9%/°C
betragen.
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5 zeigt
ein 4 entsprechendes Diagramm für eine Person mit einem niedrigeren
Alkoholgehalt im Blut als die Person im Beispiel von 4.
In diesem Fall wird die Linie 26, welche die Beziehung
zwischen der Wasserkonzentration und der Alkoholkonzentration in
der Ausatmungsluft angibt, durch einen niedrigsten Punkt bei 10,8
mg/l Wasser und bei 0 mg/l Alkohol in der Ausatmungsluft, und einem
höchsten
Punkt bei 31,35 mg/l Wasser bei 0,094 mg/l Alkohol in der Ausatmungsluft.
Am Ende der Ausatmung entspricht dies einer Wasserkonzentration
von 43,95 mg/l in der Ausatmungsluft und die Alkoholkonzentration
in der Ausatmungsluft beträgt 0,152
mg/l, welches einer Alkoholkonzentration in Blut von 0,32‰ entspricht.
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Wenn
das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet
wird, ist es nicht notwendig, dass die Ausatmungen tief sind, aber
die Messgenauigkeit wird bei tiefen Ausatmungen größer aufgrund
des existierenden „Rauschens".
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Wenn
die zu kontrollierende Person Mundalkohol aufweist, werden sich
die Messpunkte nicht auf einer geraden Linie befinden, sondern auf
einer nichtlinearen Kurve, welche anfänglich stark ansteigt und sich
dann abwärts
wendet. Solche Testergebnisse können
deshalb ausgeschlossen werden, was einen Vorteil darstellt, den
befindliche Messgeräte
nicht bieten. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist, dass dieses keine Verfälschung
des Messergebnisses durch Mischen der Ausatmungsluft mit einem anderen
Gas zulässt.
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Das
Gerät gemäß 1 kann
mit einem weiteren Lüfter
oder einer weiteren Luftpumpe 15' ergänzt werden, welcher oder welche
mit der Passage 17 verbunden ist und mithilfe gestrichelter
Linien in 1 dargestellt wird. Diese Pumpe
kann verwendet werden, wenn an einer bewusstlosen Person gemessen
wird, welche deshalb nicht selbst in die Röhre 16 blasen kann.
Bei solchen Messungen wird das Gerät mit der Einlassöffnung 13 auf
das Gesicht der Person gerichtet, und während die Pumpe 15' nicht betrieben wird,
arbeitet die Pumpe 15, um das Gesicht der Person mit Luft,
welche durch die Leitung 14 einströmt, zu spü len. Danach wird die Pumpe 15 angehalten und
die Luftpumpe 15' wird
gestartet, um Ausatmungsluft von der Person durch die Röhre 13 zu
saugen, und um auf die oben beschriebene Weise zu Messen.
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Um
das Verfahren gemäß vorliegender
Erfindung durch Anwendung des beschriebenen Analysegerätes auszuüben, wird
der Detektor 23, gemäß 3,
zum Verarbeiten der Ausgangssignale vom Detektor, über eine
geeignete Elektronik mit einem Computer 27 verbunden, der
einen Bildschirm 28 aufweist, der die Messergebnisse anzeigt.
Ein Drucker 29 ist mit dem Computer zum Ausdrucken der Messergebnisse
verbunden, so dass die kontrollierte Person das Testergebnis bestätigt bekommen
kann. Das Messverfahren und die notwendigen mathematischen Berechnungen,
um den Wert für
die Alkoholkonzentration im Blut zu erhalten, wird durch ein auf dem
Computer installiertes Programm gesteuert. Wie oben erwähnt, weist
das Filterrad 21 zusätzlich
zu den Filtern für
Messung der Wasser- und Alkoholkonzentrationen auch zwei weitere
Filter auf, von denen der eine einen Filter zur Messung der Konzentration von
Kohlendioxid in der Ausatmungsluft umfassen soll, und der andere
einen Referenzfilter umfassen soll, d.h. einen Filter, zur Messung
des „Rauschens„, welches
im Gerät
existiert, so dass der verarbeitende Computer solch ein Rauschen,
sowie Abweichungen und Einflüsse
von andern Substanzen, welche sich eventuell in der Ausatmungsluft
befinden, auf das Messergebnis kompensieren kann. In der Computerverarbeitung
können
auch andere Faktoren, welche die Messung beeinflussen, berücksichtigt
werden, wie z.B. Luftdruck und Lufttemperatur. Die Kohlendioxidmessung
kann zum Starten des Messablaufes verwendet werden, wie oben erwähnt. Weitere
Filter können
auf dem Filterrad zum Messen der Konzentration von anderen als den
hierin erwähnten
Substanzen, welche sich eventuell in der Ausatmungsluft befinden,
angeordnet werden, oder zum Ausfiltern von Substanzen, welche eine ähnliche
Absorption wie Alkohol aufweisen, wie z.B. Methylalkohol.
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Das
hierin beschriebene Messverfahren kann dazu verwendet werden, Überprüfungskontrollen
durchzuführen,
um zu Bestimmen, ob eine Person einen Alkoholgehalt im Blut hat,
der höher
ist als ein vorbestimmter Wert, wobei eine solche Überprüfungskontrolle
diskret und in kurzer Zeit ohne jegliche Bedienung, z.B. ohne Mundstücksaustausch,
durchgeführt
werden kann. Bei der Messung verbleibt, wie oben erwähnt, ein
Fehler, welcher eine Abweichung von ca. 0,9%/°C von der normalen Lungentemperatur
beträgt.
Um auch diesen Fehler zu eliminieren, kann das Gerät gemäß vorliegender
Erfindung mit einem Mundstück
verwendet werden, wie die in 2 dargestellt
wird. Das Mundstück,
bei 30 angedeutet, passt in den Rand 12 und wird
in die innere Röhre 16 gedrückt. In
diesem Fall soll die zu kontrollierende Person in das Mundstück, das
vom Gerät
heraussteht, blasen, und nur Ausatmungsluft, ohne zusätzlichen
Luftstrom, passiert durch die innere Röhre, um die Ausatmungsluft
auf die oben beschriebene Weise zu messen. In anderer Hinsicht wird
die Messung auf die oben beschriebene Weise ausgeführt, da
jedoch die Ausatmungsluft in diesem Fall direkt in die innere Röhre geblasen
wird, wird die Konzentration direkt im unverdünnten Alveolargas gemessen.
Bevor das Mundstück
in das Gerät
eingesetzt wird, kann dieses mit Luft über die Leitung 14 gespült werden,
sowie mit einem Gas bekannter Zusammensetzung kalibriert werden.
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6 zeigt
erfasste Messwerte von einem Atmungstest, wobei das Gerät zuerst
mit einem Referenzgas kalibriert wurde und die Person dann fünf Mal in
den Analysator geatmet hat. Der Test wurde dadurch abgeschlossen,
dass das Referenzgas erneut in den Analysator geblasen wurde, um
sicherzustellen, dass sich die Voraussetzungen nicht während des
Tests geändert
hatten. Im obersten Diagramm wird der Alkohol in der Ausatmungsluft
in mg/l als eine Funktion der Zeit dargestellt. Das mittlere Diagramm
zeigt den Wassergehalt in der Ausatmungsluft in mg/l als eine Funktion
der Zeit. Wie oben beschrieben wurde, ist die Beziehung zwischen
dem Alkoholgehalt und dem Wassergehalt linear, und die Messwerte
bilden eine gerade Linie gemäß den Beispielen
in 4 und 5. Schließlich, wird im untersten Diagramm
in 6 der Kohlendioxidgehalt in der Ausatmungsluft
in ppm als eine Funktion der Zeit dargestellt. Somit misst das Gerät die alveolare
Konzentration von Alkohol, und aus dem Wasserdampf kann kann dann
die exakte Verdampfungstemperatur berechnet werden, und somit kann
die Blutalkoholkonzentration ohne temperaturabhängigen Fehler bestimmt werden.
Durch die Erfassung dieser Diagramme wird bestätigt, dass der Test korrekt
durchgeführt
wurde, sowie dass das Gerät
die Funktionen korrekt angewendet hat, d.h. dass die Rechtssicherheit hoch
ist, falls der Test als Beweismittel benutzt werden soll, z.B. bei
betrunkenen Fahrzeugführern usw.
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Die
Ausführungsform
des Gerätes
gemäß der Erfindung,
welche in 7 gezeigt wird, ist insbesondere
gut geeignet für
diskrete, passive, unbemannte Alkoholkontrollen. Das Gerät umfasst
eine Konstruktion mit vier Seitenwänden 31, welche einen parallelepipeden
Raum festlegen, der an zwei gegenüberliegenden Seiten offen ist.
In der einen offenen Seite wird eine Röhre 32 durch ein Gelenkkreuz 33,
welches an die Seitenwände
befestigt ist, getragen, wobei diese Röhre mit einem Lüfter oder
einem Kompressor zur Lieferung eines konstanten oder intermittenten
Luftstromes zum parallelepipeden Raum verbunden ist. Eine Lichtquelle 34,
z.B. für
infrarotes Licht, wird in einer der zwei gegenüberliegenden Seitenwände 31 angeordnet,
und der davon ausgestrahlte Lichtstrahl wird von Spiegeln 35 auf
diesen Seitenwänden
auf einen Detektor 36 reflektiert, der auf derselben Seitenwand
wie die Lichtquelle montiert ist. Der Detektor ist auf eine hierin
nicht näher beschriebene
Weise, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform des Gerätes gemäß vorliegender
Erfindung, mit Filtern versehen. Die Detektierung des Vorhandenseins
von Wasserdampf und Alkohol (oder einer anderen Substanz), sowie
die Verarbeitung des Ausgangssignals vom Detektor geschieht in der
oben beschriebenen Weise.
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Die
Konstruktion, die den Raum definiert, kann so groß sein,
dass Leute durch den Raum passieren können, und somit darin ausatmen
werden, wobei der Raum kann jedoch auch kleinere Abmessungen aufweisen,
und kann so positioniert sein, dass eine Person, wenn sie bestimmte
Handlungen, wie z.B. Bezahlung an einer Mautstation, durchführt, das
Gesicht zu dem definierten Raum in Deckung mit einer der Öffnungen
wendet, und in den Raum ausatmet. Der Detektor kann so verbunden
werden, dass er eine Tür,
ein Drehkreuz oder eine Schranke so steuert, dass sich die Tür nicht öffnet oder
verschlossen bleibt, dass das Drehkreuz verriegelt bleibt, oder dass
die Schranke sich nicht öffnet,
falls die Anzeigevorrichtung einen Alkoholgehalt über einem
vorbestimmten Schwellenwert wahrnimmt.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Erfindung nicht auf die Bestimmung des Blutalkoholgehaltes
begrenzt, sondern kann auch zum indirekten Bestimmen der Konzentration
von anderen Substanzen im Blut verwendet werden, wie z.B. der Ammoniumkonzentration,
welche auf bestimmte Krankheiten hindeuten kann, der Konzentration
von Anästhetika
nach Narkosen, oder der Konzentration von Lösungsmitteln, die in technischen
Prozessen verwendet werden.