DE4443142A1 - Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in der AusatemluftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
Alkoholkonzentration in der Ausatemluft, bei dem
während eines Ausatemhubes eine Gasprobe in eine
Meßkammer eines Nachweisgerätes gleitet und eine der
Alkoholkonzentration proportionale Meßkurve erzeugt
wird.
Aus der DE 39 04 994 A1 ist eine Vorrichtung zur
Förderung einer gasförmigen Probe in die Meßkammer
eines Nachweisgerätes bekanntgeworden, um den Anteil
von Alkohol in der Gasprobe zu bestimmen. Mit Hilfe
einer Kolben-Zylinder-Einheit wird die Gasprobe aus der
Ausatemluft in die Meßkammer des Nachweisgerätes
gepumpt. Das Nachweisgerät besteht aus einer
elektrochemischen Meßzelle, welche eine für
Alkoholmoleküle permeable Membran besitzt. Die Gasprobe
wird während des Probenahmehubes entlang einer
Umwegführung über einen Großteil der Membranfläche
geführt, so daß eine schnelle Umsetzung der
Alkoholmoleküle in der elektrochemischen Meßzelle
erreicht wird. Durch die Umwegführung ergibt sich eine
kurze Ansprechzeit der Meßzelle, da der größte Anteil
der Meßgasprobe schon während des kurzen Ansaughubes
ausgewertet wird. Nach der Umsetzung der
Alkoholmoleküle führt der Kolben einen Ausblashub aus,
um das ausgewertete Probegas aus der Meßkammer wieder
zu entfernen.
Die bekannte Vorrichtung führt den Probenahmehub zu
einem Zeitpunkt aus, bei dem eventuelle
Atemalkoholanteile aus dem Mundraum abgeatmet sind, da
diese das Meßergebnis in Richtung einer zu hohen
Anzeige verfälschen könnten. Aber auch, wenn die
Probenahme zu einem späteren Zeitpunkt des Ausatemhubes
vorgenommen wird, ist bei Vorhandensein von Mundalkohol
nicht gewährleistet, daß nur der Alkoholanteil in der
Alveolarluft gemessen wird.
Bei anderen Meßprinzipien zur Bestimmung der
Alkoholkonzentration, z. B. denen, die nach dem
IR-Absorptionsprinzip arbeiten, ist es möglich, die
Alkoholkonzentration mit hinreichender Genauigkeit
praktisch verzögerungsfrei zu messen, so daß das
Vorhandensein von Mundalkohol aus dem Verlauf der
Konzentrationskurve direkt erkennbar ist. Allerdings
erfordern derartige Meßverfahren einen höheren
apparativen Aufwand. Eine nach dem
IR-Absorptionsmeßprinzip arbeitende Vorrichtung ist in
der DE 26 10 578 B2 gezeigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für ein
Nachweisgerät, das aufgrund seiner Zeitkonstante eine
direkte Bestimmung des Konzentrationsverlaufs nicht
ermöglicht, ein Verfahren zur Erkennung des
Vorhandenseins von Mundalkohol in der Atemgasprobe
anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Schritte, zu
einem ersten Zeitpunkt am Beginn des Ausatemhubes, eine
erste Gasprobe in die Meßkammer zu fördern und eine
erste Meßkurve aufzunehmen, zu einem zweiten Zeitpunkt
während des gleichen Ausatemhubes, bei dem die Atemgase
aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite Gasprobe in
die Meßkammer zu fördern und eine zweite Meßkurve zu
bestimmen, aus der ersten Meßkurve vorbestimmte erste
Parameter und aus der zweiten Meßkurve vorbestimmte
zweite Parameter zu ermitteln und die ersten und
zweiten Parameter eines Ausatemhubes miteinander zu
vergleichen.
Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß zu einem
ersten Zeitpunkt am Beginn des Ausatemhubes eine erste
Gasprobe in ein erstes Nachweisgerät gefördert und eine
erste Meßkurve aufgenommen wird und zu einem zweiten
Zeitpunkt während des gleichen Ausatemhubes, bei dem
die Atemgase aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite
Gasprobe in ein zweites Nachweisgerät gefördert wird
und eine zweite Meßkurve bestimmt wird, und aus der
ersten Meßkurve vorbestimmte erste Parameter und aus
der zweiten Meßkurve vorbestimmte zweite Parameter
ermittelt und die ersten und zweiten Parameter eines
Ausatemhubes miteinander verglichen werden.
Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß während eines Ausatemhubes zwei Meßgasproben
analysiert werden, und zwar eine erste Meßgasprobe zu
Beginn des Ausatemhubes, wenn überwiegend Atemgas aus
dem Mundraum abgeatmet wird und eine zweite Meßgasprobe
zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Atemgase aus dem
Mund überwiegend eliminiert sind. Die beiden
Meßgasproben können entweder nacheinander durch einen
doppelten Probenahmehub mit einem Nachweisgerät oder
mit zwei Nachweisgeräten ausgewertet werden. Die sich
aus den beiden Meßgasproben ergebenden Meßkurven werden
miteinander verglichen, und es werden aus den Meßkurven
den Verlauf der Meßkurven kennzeichnende Parameter
bestimmt, die zur Detektion des Mundalkohols verwendet
werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es
möglich, das Vorhandensein von Mundalkohol bei
denjenigen Nachweisgeräten anzuzeigen, die keine
direkte Konzentrationsbestimmung ermöglichen, z. B.
langsame IR-Sensoren oder Halbleitersensoren. Besonders
günstig sind elektrochemische Sensoren einsetzbar.
In zweckmäßiger Weise sind die für die Auswertung der
Meßkurven verwendeten Parameter die Maximalwerte der
Meßkurven, wobei der ersten Meßkurve ein erster
Maximalwert und der zweiten Meßkurve ein zweiter
Maximalwert zugeordnet ist. Anstelle der Maximalwerte
können als Parameter auch Integralwerte unterhalb der
Meßkurven gebildet und als Parameter zur Auswertung
verwendet werden.
In zweckmäßiger Weise wird die erste Gasprobe zu einem
Zeitpunkt kurz nach Beginn des Ausatemhubes gefördert,
z. B. innerhalb einer Sekunde nach Beginn des
Ausatemhubes und für die Probenahme der zweiten
Gasprobe wird der Zeitpunkt so gewählt, daß etwa 50%
des Ausatemvolumens abgeatmet sind.
In zweckmäßiger Weise wird bei einem Ausatemhub der
erste Maximalwert mit dem zweiten Maximalwert
verglichen und das Vorhandensein von Mundalkohol wird
für den Fall angezeigt, daß der erste Maximalwert
größer als der zweite Maximalwert ist. Für den Fall,
daß Integralwerte gebildet wurden, werden diese
miteinander verglichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Meßkurve einer Atemgasprobe
ohne Mundalkohol,
Fig. 2 eine Meßkurve einer Atemgasprobe mit
Mundalkohol,
Fig. 3 eine Vorrichtung nach der Erfindung
mit zwei Meßzellen,
Fig. 4 eine Meßkurve einer Atemgasprobe
ohne Mundalkohol für die Vorrichtung
nach der Fig. 3,
Fig. 5 eine Meßkurve einer Atemgasprobe mit
Mundalkohol für die Vorrichtung nach
der Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine Meßkurve (1) einer in der Figur
nicht dargestellten elektrochemischen Meßzelle, welche
nacheinander mit zwei Gasproben beaufschlagt wurde. Die
Meßzelle kann beispielsweise nach der DE 39 04 994 A1
aufgebaut sein. Auf der Abszisse (2) des in der Fig.
(1) dargestellten Koordinatensystems ist die Zeit t und
auf der Ordinate (3) der Sensorstrom i(t) der Meßzelle
aufgetragen. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß
der Ausatemhub zum Zeitpunkt t = 0 einsetzt und die
Bezugslinie für den Sensorstrom i(t) mit der Abszisse
(2) zusammenfällt. Kurz nach Beginn des Ausatemhubes,
zum Zeitpunkt t = t₁, wird eine erste Gasprobe
gefördert und der elektrochemischen Meßzelle zugeführt.
Die elektrochemische Umsetzung der Alkoholmoleküle
ergibt eine erste Meßkurve (4) mit einem ersten
Maximalwert i1m, der zum Zeitpunkt t = t₂ erreicht
wird. Zu einem Zeitpunkt t = t₃, wenn mindestens 50%
des Ausatemhubes abgeatmet sind, wird eine zweite
Gasprobe in die Meßzelle gefördert, und es ergibt sich
eine zweite Meßkurve (5) mit einem zweiten Maximalwert
i2m zum Zeitpunkt t = t₄. Nach Überschreiten des
zweiten Maximalwertes i2m fällt die zweite Meßkurve
(5) steil ab und nähert sich dann asymptotisch der
Abszisse (2). Im vorliegenden Fall enthält die
ausgeatmete Luft keinen Mundalkohol, und der erste
Maximalwert i1m ist kleiner als der zweite
Maximalwert i2m. Die unterschiedliche Größe der
Maximalwerte i1m und i2m ist darauf zurückzuführen,
daß zum Zeitpunkt t = t₃, wenn die zweite Gasprobe
gefördert wird, die Alkoholmoleküle der ersten Gasprobe
noch nicht vollständig umgesetzt worden sind.
Fig. 2 zeigt eine Meßkurve (10) eines Ausatemhubes,
welcher Mundalkohol enthält. Zum Zeitpunkt t = t₁
wird eine erste Gasprobe in die Meßzelle gefördert und
dann wieder eine erste Meßkurve (14) mit einem ersten
Maximalwert i1mA aufgenommen und zum Zeitpunkt t =
t₃ gelangt eine zweite Gasprobe in die Meßzelle,
wobei die elektrochemische Umsetzung der
Alkoholmoleküle der zweiten Gasprobe zu einer zweiten
Meßkurve (15) mit einem zweiten Maximalwert i2mA
führt. Die Zeiten t₁, t₂, t₃ und t₄ der
Meßkurve (1) korrespondieren mit den Zeiten t₁, t₂,
t₃ und t₄ der Meßkurve (10). Der Index "A" steht
für den Ausatenhub mit Mundalkohol. Bei der ersten
Meßkurve (14) ist der erste Maximalwert i1mA deutlich
größer als der zweite Maximalwert i2mA, da zum
Zeitpunkt t = t₁ die Gasprobe im wesentlichen die im
Mundraum befindlichen Alkoholmoleküle enthält, während
zum Zeitpunkt t = t₃ die Alkoholkonzentration des
Alveolarluftanteiles überwiegt. Die Maximalwerte
i1mA, i2mA werden einem in der Figur nicht
dargestellten Vergleicher zugeführt, und für den Fall,
daß i1mA größer als i2mA ist, wird eine in den
Figuren ebenfalls nicht dargestellte Anzeigeeinheit
aktiviert, welche das Vorhandensein von Mundalkohol
anzeigt, so daß die Konzentrationsmessung verworfen
wird, bzw. nur unter Vorbehalt verwendet wird.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung (20) mit einer
Probesammelvorrichtung (2) zur Förderung einer ersten
Gasprobe über eine erste Leitung (21) in eine erste
elektrochemische Meßzelle (22) und zur Förderung einer
zweiten Gasprobe über eine zweite Leitung (23) in eine
zweite elektrochemische Meßzelle (24). Die Meßzellen
(22, 24) sind mit einer Auswerte- und Steuereinheit
(25) verbunden, welche die Probenahme aus löst und die
von den Meßzellen (22, 24) gelieferten Meßsignale
registriert und auswertet. An die Steuereinheit (25)
ist ferner ein Durchflußsensor (26) angeschlossen,
welcher den Beginn eines Ausatemhubes d. h. den
Zeitpunkt t = 0 für die Probenahme registriert.
Fig. 4 zeigt Meßkurven (4, 5), welche mit der
Vorrichtung (20) nach der Fig. 3 aufgenommen wurden
und zu einer Atemgasprobe ohne Mundalkohol gehören. Der
Einfachheit halber sei wieder angenommen, daß der
Ausatemhub zum Zeitpunkt t = 0 erfolgt. Kurz nach
Beginn des Ausatemhubes wird zum Zeitpunkt t = t₁
durch die erste Meßzelle (22), welche eine
Fördervorrichtung enthält, eine erste Gasprobe
gefördert und als erste Meßkurve (4) in der
Steuereinheit (25) ausgewertet. Zum Zeitpunkt t = t₃,
wenn mindestens 50% des Ausatemhubes abgeatmet sind,
wird eine zweite Gasprobe durch die zweite Meßzelle
(24) gefördert und als zweite Meßkurve ausgewertet. Da
keine Beeinflussung durch Mundalkohol vorliegt, müßten
die Maximalwerte i1m, i2m der beiden Meßkurven
(4, 5) gleich groß sein. Da aber zu Beginn der Ausatmung
ein Teil der Alkoholmoleküle von den Mundschleimhäuten
absorbiert wird, ist der Maximalwert i1m kleiner als
der Maximalwert i2m. Dieser Unterschied ist in der
Fig. 4 der besseren Übersicht wegen vergrößert
gezeichnet. Die Zeitpunkte t₁ bis t₄ der Fig. 4
und 5 korrespondieren mit den Zeitpunkten t₁ bis t₄
der Fig. 1 und 2. Die Meßkurven (4, 5) der Meßzellen
(22, 24) sind in der Fig. 4 innerhalb eines
Koordinatensystems dargestellt. Bei einer Atemgasprobe
mit Mundalkohol, ergibt sich der in der Fig. 5
gezeigte Kurvenverlauf. Zum Zeitpunkt t = t₁ wird die
erste Gasprobe durch die erste Meßzelle (22) gefördert
und es ergibt sich eine erste Meßkurve (14) mit einem
ersten Maximalwert i1mA. Die zum Zeitpunkt t = t₃
in die zweite Meßzelle (24) geförderte zweite Gasprobe
ergibt eine zweite Meßkurve (15) mit einem zweiten
Maximalwert i2mA. Ein Vergleich der Maximalwerte
i1mA und i2mA in der Steuereinheit (25) ergibt, daß
i1mA größer als i2mA ist, was als das Vorhandensein
von Mundalkohol angezeigt wird.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in
der Ausatemluft, bei dem während eines Ausatemhubes
eine Gasprobe in eine Meßkammer eines
Nachweisgerätes gleitet und eine der
Alkoholkonzentration proportionale Meßkurve (4, 5,
14, 15) erzeugt wird, gekennzeichnet durch die
Schritte,
zu einem ersten Zeitpunkt t = t₁, am Beginn des Ausatemhubes, eine erste Gasprobe in die Meßkammer zu fördern und eine erste Meßkurve (4, 14) auf zunehmen,
zu einem zweiten Zeitpunkt t = t₃, während des gleichen Ausatemhubes, bei dem die Atemgase aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite Gasprobe in die Meßkammer zu fördern und eine zweite Meßkurve (5, 15) zu bestimmen,
aus der ersten Meßkurve (4, 14) vorbestimmte erste Parameter i1m, i1mA und aus der zweiten Meßkurve (5, 15) vorbestimmte zweite Parameter i2m, i2mA zu ermitteln und die ersten und zweiten Parameter i1m, i2m, i1mA, i2mA eines Ausatemhubes miteinander zu vergleichen.
zu einem ersten Zeitpunkt t = t₁, am Beginn des Ausatemhubes, eine erste Gasprobe in die Meßkammer zu fördern und eine erste Meßkurve (4, 14) auf zunehmen,
zu einem zweiten Zeitpunkt t = t₃, während des gleichen Ausatemhubes, bei dem die Atemgase aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite Gasprobe in die Meßkammer zu fördern und eine zweite Meßkurve (5, 15) zu bestimmen,
aus der ersten Meßkurve (4, 14) vorbestimmte erste Parameter i1m, i1mA und aus der zweiten Meßkurve (5, 15) vorbestimmte zweite Parameter i2m, i2mA zu ermitteln und die ersten und zweiten Parameter i1m, i2m, i1mA, i2mA eines Ausatemhubes miteinander zu vergleichen.
2. Verfahren zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in
der Ausatemluft, bei dem während eines Ausatemhubes
eine Gasprobe in eine Meßkammer eines
Nachweisgerätes gleitet und eine der
Alkoholkonzentration proportionale Meßkurve (4, 5,
14, 15) erzeugt wird, gekennzeichnet durch die
Schritte,
zu einem ersten Zeitpunkt t = t₁, am Beginn des Ausatemhubes, eine erste Gasprobe in ein erstes Nachweisgerät (22) zu fördern und eine erste Meßkurve (4, 14) aufzunehmen,
zu einem zweiten Zeitpunkt t = t₃ während des gleichen Ausatemhubes, bei dem die Atemgase aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite Gasprobe in ein zweites Nachweisgerät (24) zu fördern und eine zweite Meßkurve (5, 15) zu bestimmen,
aus der ersten Meßkurve (4, 14) vorbestimmte erste Parameter i1m, i1mA, und aus der zweiten Meßkurve (5, 15) vorbestimmte zweite Parameter i2m, i2mA zu ermitteln und die ersten- und zweiten Parameter i1m, i2m; i1mA, i2mA eines Ausatemhubes miteinander zu vergleichen.
zu einem ersten Zeitpunkt t = t₁, am Beginn des Ausatemhubes, eine erste Gasprobe in ein erstes Nachweisgerät (22) zu fördern und eine erste Meßkurve (4, 14) aufzunehmen,
zu einem zweiten Zeitpunkt t = t₃ während des gleichen Ausatemhubes, bei dem die Atemgase aus dem Mund eliminiert sind, eine zweite Gasprobe in ein zweites Nachweisgerät (24) zu fördern und eine zweite Meßkurve (5, 15) zu bestimmen,
aus der ersten Meßkurve (4, 14) vorbestimmte erste Parameter i1m, i1mA, und aus der zweiten Meßkurve (5, 15) vorbestimmte zweite Parameter i2m, i2mA zu ermitteln und die ersten- und zweiten Parameter i1m, i2m; i1mA, i2mA eines Ausatemhubes miteinander zu vergleichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Parameter ein erster
Maximalwert/Integralwert i1m, i1mA der ersten
Meßkurve (4, 14) und der zweite Parameter ein
zweiter Maximalwert/Integralwert i2m, i2mA der
zweiten Meßkurve (5, 15) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Zeitpunkt t = t₁ in
einem Zeitintervall bis zu etwa einer Sekunde nach
Beginn des Ausatemhubes liegt und daß der zweite
Zeitpunkt t₃ so gewählt wird, daß mehr als 50%
des Ausatemvolumens abgeatmet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Maximalwert/
Integralwert i1mA mit dem zweiten Maximalwert/
Integralwert i2mA verglichen und für den Fall,
daß der erste Maximalwert/Integralwert i1mA
größer als der zweite Maximalwert/Integralwert
i2mA ist, angezeigt wird, daß Mundalkohol
vorhanden ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ansprechzeit des
Nachweisgerätes derart bemessen ist, daß sie
kleiner als eine Sekunde ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nachweisgerät eine
elektrochemische Meßzelle ist und die Meßkurven (4,
5, 14, 15) durch die elektrochemische Umsetzung der
Alkoholmoleküle in der Meßkammer gebildet sind.
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