Brevet FR2452098A1 — publié le 19801017

La présente invention a pour objet un procédé, et son dispositif de mise en oeuvre, d'analyse de substances chimiques contenues dans un milieu liquide ou gazeux et est destinée, en particulier mais non exclusivement, a la recherche rapide de substances toxiques telles que I'alcool-éthylique par exemple. On sait que le taux d'alcool contenu dans l'haleine d'une personne reflète dans la proportion dc 1/2300 le taux d'alcoolémie contenu dans le sang. Il est dont possible, par analyse d'haleine, de connaître exactement le taux d'alcoolémie contenu dans le sang et de prendre éventuellement les mesures de répression définies par la loi. Actuellement-, cette analyse est effectuée très grossièrement par un procédé appelé "Alcootest" qui fait appel d'une part a un ballon permettant de vérifier la matérialité de l'insufflation et, d'autre part, au virage d'un corps chimique qui est habituellement du Bichromate de Potassium sulfuré enfermé dans une ampoule placée dans le conduit d'insufflation. Cette méthode artisanale ne donne pas pleinement satisfaction compte tenu de ce que l'appréciation du nombre de cristaux ayant changé de couleur est très subjective, ce qui se traduit par une incertitude de l'ordre de 25%. Le test ainsi réalisé doit donc être confirmé ou infirmé par une prise et un dosage du sang. La présente invention a pour objet de remédier cet inconvénient mais son champ d'application s'étend à la recherche et au dosage de différentes substances et, en particulier, de substances toxiques. Elle est basée sur le phénomène physique d'absorption de radiations électromagnétiques. On sait en effet que les substances chimiquement pures ont la faculté d'absorber certaines raies du spectre de longueur d'onde des radiations électromagnétiques. Selon la présente invention, le procédé d'analyse qualitative et quantitative des différents composants d'un échantillon gazeux ou liquide est caractérisé en ce que ledit échantillon est introduit dans une chambre transparente au rayonnement électromagnétique émis par une source placée d'un côté de la chambre, ledit rayonnement étant recueilli après la traversée de la chambre par des moyens de détection reliés à des moyens de traitement de l'information reçue. Selon une autre caractéristique du procédé, les radiations électromagnétiques émises par la source sont des radiations ultra-violettes. L'absorption du rayonnement est proportionnclle au nombre de molécules absorbantes, pour cette longueur d'onde, contenues dans la chambre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des figures qui représentent - la fig. i un schéma d'un dispositif de mise en oeuvre - la fig. 2 un graphique représentant d'une part la courbe d'absorption de l'alcool éthylique et d'autre part le spectre d'émission d'un tube au Xénon - la fig. 3 un schéma du dispositif de détection des radiations électromagnétiques après traversée de la chambre - la fig. 4 une vue du circuit VCO ou oscillateur commandé par la tension permettant d'obtenir à partir d'un niveau de tension un signal alternatif - la fig. 5 un schéma du tableau d'affichage ou"display";; - la fig. 6 une vue du circuit de détection de présence d'haleine permettant de s'assurer que la personne contrôlée a bien soufflé dans le dispositif ; - et la fig. 7 une vue de circuit permettant de thermostater l'enceinte de contrôle afin d'éviter toute condensation. Sur la figure 1, on voit que le dispositif comprend une source 1 de radiations électromagnétiques qui, dans l'exemple qui va être donné et qui est relatif à la recherche du taux d'alcoo lémie dans le sang à partir d'une analyse d'haleine, consiste en un tube "Flash Bulbes" au xénon à haut rendement du type de celui qui est commercialisé sous la désignation FX 198 par la société EG & G. Le spectre d'émission d'un tel tube est représenté sur la figure 2 par la courbe B. On voit que le tube émet entre 100 et 400nm environ. Toujours sur la figure 2, la courbe 1 représente le taux d'absorption de molécules d'alcool en fonction de la longueur d'onde des radiations électromagnétiques émises. On voit sur cette courbe que l'absorption passe par un pic pour une longueur d'onde de 192 nm environ et selon une caractéristique de l'invention, la radiation traversant la chambre a une longueur d'onde de l'ordre de 200nm. Sur la figure 1, on voit que, en face de la source 1, est disposé un circuit detecteur 2 qui reçoit les radiations après traversée d'une part d'un filtre 6 dont le but est de ne transmettre qu'une radiation mono-chromatique et d'autre part de la chambre 3 en quartz donc transparent aux ultra-violets, qui contient l'haleine expirée. Le détecteur 2 est suivi par un système d'amplification et de traitement qui comprend un amplificateur 8, un oscillateur 9 et un dispositif d'affichage 10. L'air est Insufflé dans la chambre 3 par un tuyau 4 monté dans une enceinte thermostatée 5. Le tube 1 est commandé par un oscillateur déclencheur 7, l'ensemble des circuits électroniques qui viennent d'être mention nes étant alimentés par une alimentation stabilisée il detype connu. On sait que l'alcool éthylique CH3CH2OH absorbe des radiations de diverses longueurs d'onde, notamment dans l'infrarouge vers 3 microns. Toutefois, dans ces conditions, il peut se produire, compte tenu des paramètres tels que la température extérieure par exemple, des émissions secondaires infrarouges qui perturbent les mesures. Le choix de l'absorpr tion en U.V. permet d'éviter le recours à des dispositifs d'isolation trop importants. Dans le cas où l'on désire analyser d'autres corps que l'alcool, la lampe au xénon peut être remplacée par exemple par une lampe au Deutérium qui émet des radiations de longueurs d'onde inférieures de l'ordre de 100nm en continu. L'ensemble source plus filtre émet ainsi des radiations mono-chromatiques de longueur d'onde déterminée dont on sait quelle est absorbée par le corps recherché. Dans le cas où l'on désire rechercher très rapidement plusieurs substances, le filtre 6 peut être remplace par un prisme qui décompose la lumière émise et dont la position détermine la transmission d'une radiation de longueur d'onde déterminée. Dans l'exemple qui a été choisi, le tube au xénon n'émet qu'une seule impulsion. Le dispositif de détection 2 qui est de préférence constitué par une cellule photo-voltalque délivre sur sa sortie un niveau. Comme celà apparaît sur la figure 3, le détecteur photo-voltaique est constitué par une cellule 12 dont les bornes sont reliées aux entrées respectivement positives et négatives d'un transistor à effet de champ 13 dont le coefficient d'amplification peut être ajuste-gr ce à un rhéostat 14. Le niveau de signal résultant de la détection de la radiation UV est disponible sur la borne 15. Dans le cas où le niveau de ce signal n'est pas suffisant pour attaquer l'étage suivant, il est prévu de connecter sur la borne 15 un amplificateur opérationnel 16 du type connu dans la technique sous la référence LM 208. Dans ce cas, le signal est disponible sur la borne 17 de sortie dudit amplificateur. Sur la sortie 15 ou sur la sortie 17 on dispose d'un signal dont l'amplitude est fonction du nombre de molécules d'alcool éthylique contenues dans l'haleine donc au taux d'alcoolémie dans le sang. I1 est nécessaire de traiter ce signal de manière à pouvoir le lire et, éventuellement le garder en mémoire. Selon une autre caractéristique de l'invention, on procède de la façon suivante Le signal prélevé en 17 est appliqué à l'entrée 18 d'un oscillateur commandé par tension VCO qui consiste en deux amplificateurs opérationnels (par exemple du type connu dans la technique sous la désignation 741) connectés en cascade par un condensateur et sur les entrées négatives desquelles est appliqué le signal continu.Cet oscillateur délivre sur sa sortie 19 une tension sinusoîdale dont l'amplitude est proportionnelle à l'amplitude de la tension appliquée sur l'entrée 18. Le signal 19 peut si, nécessaire, être amplifié dans un autre étage amplificateur consistant essentiellement en un amplificateur opérationnel du type 741 et, dans ces conditions, le signal utile est disponible sur la sortie 20 de cet amplificateur. La nécessité d'obtenir un signal sinusoidal est lié aux conditions de fonctionnement du dispositif d'affichage 10 qui est représenté sur la figure 5. Ce dispositif comprend essentiellement un ensemble de "displays" dont on n'a représenté que deux unités 21 et 22. Ces éléments d'affichage peuvent être du type à diodes électroluminescentes "led" ou à cristaux liquides "lcd".Pratiquement, dans la mesure où les résutlats obtenus grâce à un dispositif selon l'invention sont précis au 100ème près, l'ensemble d'affichage comprendra quatre éléments. Le signal sinusoidal est introduit sur l'entrée 23 de l'élément indiquant les 100ème. Ces éléments sont avantageusement du type à mémoire et sont constitués par exemple de composants disponibles dans le commerce et désignés par l'appellation TiL 306. Les signaux de commande appliqués sur les éléments 21-22 sont délivrés par un circuit temporisateur 24, agissant entre autre comme base de temps, et constitué par exemple par un CI du type 555 fabriqué par la société MOTOROLA.Le circuit 24 est relié aux éléments 21-22 par l'intermédiaire de bascules 25-26 constituées par des CI du type 7473 et 7400 respectivement qui sont destinés à mettre en forme les signaux émis par le circuit 24 avant leur application sur les bornes adéquates des éléments 21 et 22. Dans le circuit d'alimentation du temporisateur 24 est monté un rhéostat 27 permettant l'étalonnage du circuit d'affichage La figure 6 représente un circuit de sécurité. On sait en effet que,dans le cas de l'alcootest, le gonflage du ballon met en évidence que la personne contrôlée a bien soufflé dans celui-ci. Par contre, dans un dispositif selon la présente invention, il est nécessaire de s'assurer que l'insufflation est effective et que l'on n'analyse pas les résidus de l'haleine insufflée par la personne précédente.D'autre part, il est souhaitable que la chambre soit complétement vidée de l'échantillon précédent. Ces deux conditions sont rempliés par le circuit représenté sur la figure 6. Dans le conduit d'insufflation 4 est montée une thermistance 28 connectée à l'entrée positive d'un amplificateur opérationnel 741 dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'un transistor 29 à l'entrée d'un circuit temporisateur 30 du type 555 tel que celui qui a été mentionné précédemment. L'entrée négative du CI 741 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un rhéostat 33 permettant d'ajuster la température à laquelle la thermistance 28 délivre un signal sur la borne positive. L'apparition d'un signal sur la borne 31 du CI 30 permet le déclenchement de l'analyse. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant : lorsqu'une personne souffle dans l'embout interchangeable monté sur la canalisation 4, la thermistance s'échauffe, ce qui sue traduit par l'apparition d'un signal sur la sortie du CI 741, signal amplifié par le transistor 29 et appliqué sur la borne 32 du temporisateur 30. Au bout d'un temps déterminé, par exemple de 5 secondes, le circuit 555 délivre sur sa borne 31 un signal permettant le déclenchement de l'analyse. Compte tenu de ce que le dispositif selon l'invention est amené à fonctionner dans des conditions climatiques variables, il est souhaitable en vue d'obtenir une bonne fiabilité des des résultats obtenus, d'éliminer les influences des paramètres extérieurs tels que la température. A cet effet, l'enceinte 5 est thermostatée à la température de 37 par exemple, ce qui évite toute condensation possible de l'haleine. Ceci peut être réalisé très facilement par introduction dans l'enceinte 5 d'une thermistance 34 et d'une résistance 35 connectées respectivement à l'entrée positive du CI 36 du type 741 et à la sortie dudit circuit. Un rhéostat 37 relié à l'entrée négative du CI 36 permet de régler la température de l'enceinte à la valeur voulue par action sur la résistance de chauffage 35. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour celà du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'analyse de substances chimiques par absorption-, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer une radiation monochromatique absorbée par les molécules d'un produit à analyser, à irradier un échantillon liquide ou gazeux avec ladite radiation et à mesurer le taux d'absorption lors de la traversée de l'échantillon, ce taux d'absorption étant proportionnel au nombre de molécules de la substance recherchée dans 1 'échantillon. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'analyse d'alcool éthylique, la radiation utilisée est une radiation ultra-violette. 3.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend une source de radiation ultra-violette disposée d'un côté d'une chambre à quartz avec interposition d'un filtre, un détecteur photovoltaïque placé de l'autre côté de la chambre, ladite chambre correspondant avec un embout d'insufflation, des moyens de traitement et d'affichage étant connectés à la sortie du détecteur photovoltalque. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre précitée contient une résistance de chauffage et une thermistance reliées à un circuit de régulation de la température. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le conduit d'insufflation renferme une thermistance reliée à un circuit de temporisation lui-même connecté au déclenchement de la source de variation. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la source de radiation est constituée par une lampe "Flash Bulbes" à laquelle est rejoint un filtre optique ne laissant passer que les radiations d'une longueur d'onde voisine de 200nom 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterise en ce que le détecteur photo-voltaîque est constitué par une photodiode connectée à un transistor effet de champ. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le signal de sortie du détecteur photo-voltalque est appliqué à l'entrée d'un oscillateur commandé par une tension VCO qui transforme ladite tension en un signal sinusoïdal. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendicatons 3 à 8, caractérisé en ce que le signal issu de l'oscillateur précité est appliqué sur le dispositif d'affichage incluant au moins deux elements d'affichage et un circuit de temporisation.