DE10030920A1 - Vorrichtung für die kombinierte und gleichzeitige Benutzung mehrerer physikalischer Messmethoden zur Analyse der Komponenten eines flüssigen Mehrstoffgemisches - Google Patents

Vorrichtung für die kombinierte und gleichzeitige Benutzung mehrerer physikalischer Messmethoden zur Analyse der Komponenten eines flüssigen Mehrstoffgemisches

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Abstract

Vorrichtung zur Messung der Konzentrationen flüssiger Medien unter gleichzeitigem Einsatz mehrerer physikalischer Meßmethoden, insbesondere in miniaturisierter Bauform, umfassend ein Sensor-System (1) und einen länglichen Meßkörper (2), bestehend aus einer Körperfassung (3), einem darin gelagerten länglichen, im Querschnitt viereckigen Reflexionskörper (4), in den ein polarisierter Meß-Strahl eingestrahlt wird, sowie zwei an einander gegenüberliegenden Reflexionsseiten des Reflexionskörpers (4) angeordneten, sich über den ganzen Meßkörper in Längsrichtung erstreckenden Meßräumen (5a, 5b), die nach außen durch bidirektional permeable Membranen (6a, 6b) begrenzt sind. Mehr als zwei Meßräume (5) sind möglich. Die äußeren Stirnseiten der Meßräume können mit einer Reflexionsoptik (7) oder Reflexionsschichten (13) überdeckt sein. Die Körperfassung (3) kann weitere Meßvorrichtungen enthalten.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung für die kombinierte und gleichzeitige Benutzung physikalischer Meßmethoden - beispielsweise der Polarimetrie, Spektrometrie, Refraktrometrie, Leitfähigkeitsmessung, Oximetrie, pH-Wert-Messung und der ATR- Spektrometrie (ATR: "attenuated total reflection") - zur Analyse insbesondere niedrig konzentrierter Komponenten in einem flüssigen Mehrstoffgemisch, insbesondere in miniaturisierbarer Form, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
In der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Biotechnologie oder Umwelttechnik müssen zur Analyse der Zusammensetzung von Lösungen, oder zur Charakterisierung der Lösung häufig Eigenschaften der Lösungen oder der gelösten Bestandteile quantitativ gemessen oder bestimmt werden; Bestimmungs- oder Meßgrößen können u. a. die Konzentrationen, die Lichtabsorption oder die optische Aktivität sein. Wird zur Gehaltsbestimmung einer Komponente eines Mehrstoffgemisches eine physikalische Eigenschaft des zu untersuchenden Meßgutes gemessen, so wird deren Wert eventuell von anderen in der Flüssigkeit enthaltenen Bestandteilen beeinflußt. Ist die Meßgröße beispielsweise die optische Aktivität - sie verursacht eine Drehung der Schwingungsebene linear polarisierten Lichtes - so ist die spezifische Bestimmung der Konzentration eines Stoffes eines optisch aktiven Mehrstoffgemisches beim Vorhandensein mehrerer optisch aktiver Stoffe in der Lösung nur mit einen erheblichen Aufwand möglich, da die Komponenten zunächst stofflich - beispielsweise chromatographisch - separiert und dann einzeln ver­ messen werden müßten. Solche Verfahren sind sehr zeitraubend und unter Umständen auch ungenau, da die Trennung nicht immer vollständig möglich ist. Im Einzelfall kann ein Sensor oder eine Sonde, wie etwa ein Polarimeter, auf der Basis einer physikalischen Größe sehr sensitiv, aber zugleich sehr unspezifisch sein. In einem solchen Fall könnte eine "Multi- Sensor-Sonde", mit der mehrere physikalische Größen gleichzeitig bestimmt werden, Abhilfe schaffen. Mit ihrer Hilfe können die Konzentrationen der einzelnen Stoffe eines Mehrstoff­ gemisches unter gewissen Umständen ohne eine Stofftrennung schnell und zuverlässig be­ stimmt werden. Die Gehalte der relevanten Stoffe können dann durch die gleichzeitige Mes­ sung und geeignete Verrechnung der Meßwerte mehrerer physikalischer Meßgrößen relativ einfach und genau bestimmt werden. Darüber hinaus könnte ein Ausschlußverfahren in Form einer selektiven Membran zusätzlich Stoffe des Gemisches, die nicht erfaßt werden sollen, vom eigentlichen Sensor fernhalten, so daß sich die Anzahl der störenden Stoffe reduziert.
Doch nicht nur im technischen Bereich, sondern auch in der Medizin versucht man seit Jahren eine kombinierte Meßsonde zur spezifischen Bestimmung des Gehaltes einzelner Stoffe, beispielsweise der Glukose im Körperwasser, zu entwickeln. Dabei könnte eine solche "Multi- Sensor-Sonde" im ersten Schritt als eine in ein Gewebe insertierbare "Einstichsonde" für die kontinuierliche Bestimmung der Glukosekonzentration in der Klinik eingesetzt werden, um eine therapeutische Normalisierung des Glukosestoffwechsels zu erreichen. Im zweiten Schritt könnte eine Sonde gekoppelt mit einer Insulinpumpe als Dauer-Implantat eine technische "Beta-Zelle" bilden, die eine exakte Stabilisierung des Glukosespiegels über Monate und Jahre hinweg gewährleistet und somit die schwerwiegenden Folgeerscheinungen der diabetischen Erkrankung verhindern hilft.
Eine solche "Multi-Sensor-Sonde", den vorstehend genannten Ansprüchen gerecht werden könnte, ist in der Literatur bislang nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine geeignete miniaturisierbare Vorrichtung zur kombinierten und gleichzeitigen Bestimmung von mindestens zwei physikalischen Meßgrößen in flüssigem Meßgut zu entwickeln. Mittels der Werte dieser Meßgrößen soll die Konzentration eines Stoffes in einem Mehrstoffgemisch mit hoher Spezifität bestimmt werden. Dabei soll ein Ausschlußverfahren möglichst viele Bestandteile der Meßflüssigkeit, die nicht untersucht werden sollen, nicht in das eigentliche Meßgut hineinlassen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Sonde so zu konzipieren, daß sie sowohl für in vitro- als auch für in vivo-Anwen­ dungen Einsatz finden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit einem Sensor-System und einem länglichen Meßkörper, bestehend aus einer Körperfassung, einem darin gelagerten länglichen, im Querschnitt viereckigen Reflexionskörper, in den ein polarisierter Meß-Strahl eingestrahlt wird, sowie zwei an einander gegenüber liegenden Reflexionsseiten des Reflexionskörpers angeordneten, sich über den ganzen Meßkörper in Längsrichtung erstreckenden Meßräumen, die nach außen durch bidirektional permeable Membranen begrenzt sind.
Anhand der Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrieben. Zum Verständnis der bevorzugten Meßmethoden, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert werden, sind diese nachfolgend angeführt.
1. Eine geeignete physikalische Methode zur Bestimmung von Konzentrationen ist die Spektrometrie oder Transmissionsmessung:
Breitet sich ein Lichtstrahl in einem absorbierenden Medium aus, nimmt die Lichtintensität I längs des Weges s (im Rahmen der linearen Optik) exponentiell ab. Eine Küvette der Schichtdicke d, die mit der Lösung einer absorbierenden Substanz von der Konzentration c gefüllt ist, wird von einem Lichtstrahl durchdrungen. Das Verhältnis der Intensitäten der von der Küvette durchgelassenen Lichtstrahlen mit einer lichtabsorbierenden gelösten Substanz in der Küvette (I(d)), und dem entsprechenden Wert ohne die Substanz (I0) ist die Transmission T - sie kann mit dem LAMBERT-BEERschen Gesetz berechnet werden.
T = I(d)/I0 = e-d.c. κ
Der Proportionalitätsfaktor κ ist der stoffspezifische Absorptionskoeffizient bei vorgegebener "Meß"-Wellenlänge. Wird T bei bekannter Schichtdicke und stoffspezifischem Absorptionskoeffizienten gemessen, so kann die Konzentration bestimmt werden. Um die Spezifität dieser Methode zu erhöhen, muß die Anzahl der "Meß"-Wellenlängen möglichst groß gewählt werden, so daß mehrere stoffspezifische Absorptionsbanden vermessen werden können. Der Einsatz mehrerer "Meß"-Wellenlängen gleichzeitig kann beispielsweise in der Weise erfolgen, man mehrere Strahlungsquellen mittels vielarmiger Lichtleiter oder durch dielektrische Strahlteiler zur Überlagerung bringt.
2. Eine weitere physikalische geeignete Methode zur Bestimmung von Konzentrationen ist die Polarimetrie:
Durchstrahlt man ein optisch aktives Medium mit einer linear polarisierten elektromag­ netischen Welle, so erfährt die Schwingungsebene dieser Welle eine Drehung. Der Winkel α, um den die Schwingungsebene sich dreht, ist proportional zur Länge d des Weges durch das optisch aktive Medium und zur Konzentration c der optisch aktiven Substanz:
α = kλ ,T . c . d
Der Proportionalitätsfaktor kλ ,T ist die spezifische Drehung der optisch aktiven Substanz; sie ist auch von der Temperatur und der Wellenlänge der verwendeten Strahlung abhängig. Mißt man α bei bekannter Weglänge und spezifischer Drehung kann die Konzentration bestimmt werden. Um den Wert der Meßgröße α zu vergrößern, muß der Weg in geeigneter Weise verlängert werden. DE 198 15 932 A beschreibt dazu ein mögliches Verfahren.
3. Eine weitere physikalische geeignete Methode zur Bestimmung von Konzentrationen ist die Refraktrometrie:
Tritt ein Strahl vom optisch dichteren (n1) in ein optisch dünneres (n2) Medium über, so gelangt die Energie der elektromagnetischen Welle nicht vollständig in das zweite Medium; ein Teil der Wellenenergie wird reflektiert, der andere gebrochen. Ab einem bestimmten Einfallswinkel ε, dem sogenannten Grenzwinkel εg der Totalreflexion, gibt es keine Brechung mehr; die Welle wird dann vollständig reflektiert. Verwendet man z. B. linear polarisiertes Licht, so ergibt sich eine Aufspaltung in parallel und senkrecht zur Einfallsebene schwingenden Komponenten mit der Phasendifferenz Δϕ. Im allgemeinen ändert sich die Phasendifferenz und somit auch der Polarisationszustand des Lichtes während des Reflexionsvorganges. Diese Phasendifferenz ist auch von den Brechzahlen der beiden Medien (n1 und n2) abhängig. Besteht das optisch dünnere Medium aus dem flüssigen Meßgut, so existiert folglich eine Beziehung zwischen der Brechzahl n2 und den Konzentrationen der im Meßgut enthaltenen Stoffe. Für die Phasendifferenz gilt:
tanΔϕ/2 = (cos ε . (sin2ε - (n2/n1))0.5)/sin2ε mit n2 = f(Σc)
Der Winkel ε ist der Einfallswinkel, der zwischen Lot und Grenzfläche liegt. Wird Δϕ direkt oder indirekt bei bekanntem Einfallswinkel und bekannter Brechzahl des optisch dichteren Mediums gemessen, können die Konzentrationen indirekt ermittelt werden. Um das Meß­ verfahren möglichst empfindlich zu gestalten, muß die Anzahl der Totalreflexionen möglichst groß gewählt werden.
4. Eine weitere physikalische geeignete Methode zur Bestimmung von Konzentrationen ist die Spektroskopie der Abschwächung der Totalreflexion (ATR: "attenuated total reflection").
Einen Sonderfall der Transmissionsmessung bildet die ATR, bei der eine Strahlversetzung an der Grenzschicht zwischen einem optisch dichteren Medium n1 zu einem optisch dünneren Medium n2 auftritt und wobei sich die elektromagnetische Welle über einem definierten Bereich des optisch dünneren Materials ausbreitet. Besteht das optisch dünnere Medium aus dem flüssigen Meßgut, so existiert wie zuvor eine Abhängigkeit zwischen Brechzahl n2 und den Konzentrationen der im Meßgut enthaltenen Stoffe. Für die Eindringtiefe in das optisch dünnere Medium und somit für die Schichtdicke d gilt:
d = λ/(2 . π . n1 (sin2ε - (n2/n1)2)0.5) n2 = f(Σc)
λ ist die Wellenlänge der verwendeten "Meß"-Stahlung. Der Winkel ε ist der Einfallswinkel, der zwischen Lot und Grenzfläche anliegt. Wird die Transmission T bei gegebenem Einfallswinkel und bekannter Brechzahl des optisch dichteren Mediums gemessen, können die Konzen­ trationen indirekt bestimmt werden. Um den Wert der Meßgröße T zu erhöhen, muß die Anzahl der Totalreflexionen möglichst groß gewählt werden, damit die Absorptionsweglänge möglichst groß wird.
Bei geeigneter Wahl der verwendeten "Meß"-Strahlung aus dem elektromagnetischen Wellen- Spektrum, kann die Refraktrometrie und die ATR-Methode gleichzeitig mit einem einzigen verwendeten Meßstrahl durchgeführt werden.
5. Eine weitere physikalische geeignete Methode zur Bestimmung von Konzentrationen ist die Bestimmung der Leitfähigkeit.
Befindet sich beispielsweise eine Natriumchlorid-Lösung in einem homogenen elektrischen Feld, so greift eine Kraft auf die Z-wertigen Ionen an. Dies führt zu einer gleichförmigen Bewegung, da eine geschwindigkeitsproportionale Reibungskraft vorhanden ist. Die Geschwindigkeit ist proportional zum elektrischen Feld. Die Kationen "wandern" zur Kathode die Anionen zur Anode. Beide Ionensorten liefern einen positiven Beitrag zum Strom, da der "rückwärts" laufende Strom der negativen Anionen auch positiv zu werten ist. Für die Leitfähigkeit σ gilt somit:
σ = j . E
j ist die Gesamtstromdichte, E die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes. Wird die Leitfähigkeit σ bei vorgegebener Feldstärke gemessen, kann die Konzentration indirekt bestimmt werden.
Die genannten physikalischen Methoden können in geeigneter Weise, je nach Anforderung an das Meßsystem in verschiedenen Kombinationen, in einer erfindungsgemäßen Meßsonde ihren Einsatz finden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte einzelne Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auch miteinander kombiniert werden können, näher beschrieben.
Dabei ist
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2 ein Schnitt entlang der Line A-A' der Fig. 1
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erweiterten Ausführungsform
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ergänzung
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erweiterten Ausführungsform
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation
Fig. 7 ein Schnitt entlang der Line A-A' der Fig. 1 mit weiteren Ergänzungen
Fig. 1 zeigt schematisch das Kernstück einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich für eine refraktrometrische und gleichzeitiger ATP-spektrometrische Messung eignet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Sensor-System (1) und einem Meßkörper (2). Im Inneren des Sensor-Systems (1) befinden sich die Strahlungsquellen, die Detektoren, die Signalwandler und die Signalverarbeitungs-Systeme mit Telemetrieeinheit und gegebenenfalls einem Energiespeicher. Insbesondere für eine Implantation können Meßkörper und Sensor-System aus zwei getrennten Teilen bestehen, welche dann durch Leitung(en) verbunden sind. Der Meßkörper (2) besteht, wie Fig. 2 näher zeigt, im besteht im wesentlichen aus einer Körperfassung (3), einem darin gelagerten, im Querschnitt viereckigen Reflexionskörper (4) sowie zwei an einander gegenüberliegenden Reflexionsseiten des Reflexionskörpers (4) angeordneten, sich über den ganzen Meßkörper in Längsrichtung erstreckenden Meßräumen (5a, 5b), die nach außen durch bidirektional permeable Membranen (6a, 6b) begrenzt sind. Diese Membranen sind in ihrer bevorzugten Ausführung nur für das zu messende Medium durchlässig. Der gemeinsame Meßstrahl für eine gleichzeitige refraktrometrische und ATR- spektrometrische Messung, der in den Reflexionskörper (4) eingestrahlt und innerhalb des Reflexionskörpers (4) durch Totalreflexionen geführt wird, tritt mit dem Meßgut an der Grenzschicht der beiden Medien in Wechselwirkung. Dabei erfährt der Meßstrahl die oben beschriebene Phasenverschiebung Δϕ mit gleichzeitiger Änderung der Intensität durch Wechselwirkung mit den zu untersuchenden Substanzen. Da die Anzahl der Totalreflexionen und die bevorzugte miniaturisierte Bauweise synergistisch wirken - je schmaler der Reflexionskörper, desto größer ist die Anzahl der Totalreflexionen pro Längeneinheit - ist diese Anordnung ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung.
Die beschriebene Vorrichtung läßt sich der Art erweitern, daß eine zusätzlich polarimetrische Messung möglich ist. Fig. 3 zeigt eine solche Gestaltung, bei der die äußere Stirnseite eines Meßraumes (5) mit einer Reflexionsoptik (7) überdeckt ist. Diese Reflexionsoptik (7) kann vorzugsweise aus einer optischen Verzögerungsplatte (8) mit Reflexionsschicht (9) bestehen. Diese Optik verändert den Polarisationszustand des Meßstrahls nicht, sie dreht lediglich die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts um 90° gegenüber der Lage der Schwing­ ungsebene vor der Reflexion. Dadurch wird erreicht, daß die Drehung der Schwingungsebene, die durch den optisch aktiven Stoff hervorgerufen wird, nach der Strahlumlenkung und dem erneuten Durchdringen durch den optisch aktiven Stoff nicht egalisiert wird.
Fig. 4 zeigt eine Gestaltung ähnlich der Fig. 3, bei der jedoch die Reflexionsoptik aus einem Umlenkprisma (10) mit Verzögerungsplatte (11) besteht und die Stirnseiten von zwei einander gegenüberliegenden Meßräumen überdeckt. Damit wird insgesamt eine polarisations- und richtungs-erhaltende Strahlumlenkung ermöglicht. Mit den Gestaltungen der Fig. 3 und 4 kann man gleichzeitig mit den zu Fig. 2 beschriebenen Messungen eine polarimetrische Messung durchführen, da ein zweiter Meßstrahl das Meßgut im "Meßraum" durchdringt, ohne dabei durch Strahlumlenkung seinen Polarisationszustand und die Orientierung der Hauptachse in Strahlrichtung gesehen zu ändern.
Die unter Fig. 3 und 4 beschriebenen Vorrichtungen lassen sich nochmals erweitern, so daß zusätzlich eine spektrometrische Messung möglich ist. Fig. 5 zeigt eine solche Gestaltung ähnlich der Fig. 3, bei der jedoch zusätzlich an einer Seite am oberen Ende des Reflexionskörpers (4) eine Nut (12) mit der Breite d in den Reflexionskörper eingefügt ist, die eine Meßkamer (5a) bildet. In dieser Anordnung besteht die Reflexionsoptik zu einer Hälfte aus der zu Fig. 3 beschriebenen Reflexionsoptik (7), zur anderen Hälfte aus einer die "spektrometrische"-Meßstrahlung reflektierenden Reflexionsschicht (13). Hier überdeckt die Reflexionsoptik (7) nur eine Hälfte des oberen Endes des Reflexionskörpers (4) und eine Meßkammer (5b), so daß der Polarisationszustand des dort eingestrahlten Meßstrahls nicht verändert wird. Gleichzeitig ist durch einen in das Reflexionskörper parallel zu Längsachse eingestrahlten Meßstrahl eine spektroskopische Messung möglich.
Fig. 6 zeigt eine Gestaltung ähnlich der Fig. 5, bei der jedoch die Reflexionsoptik die äußeren Stirnseiten von zwei Meßräumen (5) überdeckt. In dieser Anordnung besteht die Reflexionsoptik zu einer Hälfte aus der in Fig. 3 beschriebenen Reflexionsoptik (7), zur anderen Hälfte aus einer die "spektrometrische" Meßstrahlung reflektierenden Reflexionsschicht (13). In einer erweiterten Ausführung ist auch eine Kombination aus den zu Fig. 5 und 6 beschriebenen Gestaltungen, möglich. Durch den erzielten "großen" Unterschied der Schichtdicke d können gelöste, absorbierende Substanzen eines großen Konzentrationsbereiches oder stark unterschiedlichen Absorptionsverhaltens mit der selben Sonde gemessen werden. Mit diesen Gestaltungen kann zusätzlich zu den vorstehend schon beschriebenen Messungen eine spektrometrische Messung gleichzeitig durchgeführt werden, da weitere Meßstrahlen das Meßgut im "Meßraum" durchdringen und dabei eine Intensitätsänderung erfahren. Dabei ist auch der Einsatz mehreren Wellenlängen möglich.
Um mehrere der beschriebenen Meßmethoden mit eine Vorrichtung vornehmen zu können, ist es möglich, im Meßkörper (2) auch mehr als zwei Meßräume (5) anzuordnen.
Zur Bestimmung des Leitwert können, wie Fig. 7 zeigt, an den den Meßraum (5) begrenzenden Seitenflächen (14) der Körperfassung (3) Elektroden (15) angebracht werden. Damit kann ein elektrisches Feld erzeugt werden, dessen Feldlinien das Meßgut durchdringen. Anstelle der Elektroden können auch ionenselektive Feldeffekt-Transistoren (15) angebracht werden. Diese Methode der Leitwertbestimmung ist in Kombination mit allen zuvor beschrieben Gestaltungen möglich.
Neben den vorstehend beschriebenen Meß-Methoden ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitere Messungen gleichzeitig durchzuführen.
Man kann in der Körperfassung (3) auch einen Temperaturfühler (16) zur gleichzeitigen Temperaturmessung anordnen. Neben den Leitfähigkeitselektroden können an den Seitenflächen (14) der Meßräume (5) auch andere Sensoren, beispielsweise ein pH-Wert- Detektor (17), ein Sauerstoff-Detektor (18) zur Ermittlung des Sauerstoffpartialdrucks der umgebenden Lösung oder ein Kohlendioxid-Detektor (19) zur Ermittlung des Kohlendioxid- Partialdrucks, einzeln oder in Kombination, angeordnet sein.
Das Sensor-System (1) der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die für die vorgesehenen Messungen erforderlichen Strahlungsquellen, die zur Signalauswertung benötigten Detektoren, Signalwandler, Telemetrieeinheit und Signalverarbeitungs- und - auswertungsvorrichtungen und die Energiequelle. Sofern eine räumliche Trennung der Meßkörpers vom Sensor-System gewünscht oder erforderlich ist, wie beispielsweise bei einer Implantation, umfaßt die Vorrichtung ferner die notwendigen Leitungsverbindungen oder geeignete Telemetrie-Einheiten.
Die verwendeten bidirektional permeablen Membranen (6) können gleiche oder unterschiedliche Molekulargewichts-Trenngrenzen besitzen.
Die Auswahl der Wellenlängen der Meßstrahlen liegt im Bereich des Fachwissens. Beispielsweise werden für den polarisierten Meßstrahl und spektroskopische Messungen eine Wellenlänge im Bereich von UV bis MIR bevorzugt und die Wellenlänge des Meßstrahls für polarimetrische Messungen liegt im Bereich vom UV bis VIS.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt insbesondere eine stark miniaturisierte Bauweise der gesamten Meßvorrichtung, die so beispielsweise zur kontinuierlichen und sehr spezifischen Messung der Blutglukosekonzentration einem Menschen insertiert oder implantiert werden kann. Andere Anwendungsbereiche sind die Überwachung insbesondere chemischer Verfahrensabläufe oder deren Regelung und die Überwachung und Steuerung biotechnologischer Prozesse in Bioreaktoren. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Mikroreaktoren, in denen herkömmliche Meßanordnungen aus Dimensionsgründen oder nicht ausreichender Spezifität und/oder Selektivität nicht einsetzbar sind.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Messung der Konzentrationen flüssiger Medien unter gleichzeitigem Einsatz mehrerer physikalischer Meßmethoden, insbesondere in miniaturisierter Bauform, umfassend ein Sensor-System (1) und einen länglichen Messkörper (2), bestehend aus einer Körperfassung (3), einem darin gelagerten länglichen, im Querschnitt viereckigen Reflexionskörper (4), in den ein polarisierter Mess-Strahl eingestrahlt wird, sowie zwei an einander gegenüber liegenden Reflexionsseiten des Reflexionskörpers (4) angeordneten, sich über den ganzen Messkörper in Längsrichtung erstreckenden Messräumen (5a, 5b), die nach außen durch bidirektional permeable Membranen (6a, 6b) begrenzt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere Meßräume (5c, 5d) mit ebenfalls bidirektional permeablen Membranen am Messkörper (2) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Stirnseite eines oder mehrerer Messräume mit einer Reflexionsoptik (7) überdeckt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Stirnseite eines Messraumes mit einer optischen Verzögerungsplatte (8) mit Reflexions­ schicht (9), überdeckt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Stirnseiten von zwei einander gegenüber liegenden Messräumen von einem optischen Umlenkprisma (10) mit einer optischen Verzögerungsplatte (11) überdeckt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionskörper (4) an einer Seite am oberen Ende eine Nut (12) aufweist, über der eine Reflexionsschicht (13) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Stirnseite von einem oder mehreren Messräumen mit einer Reflexionsschicht (13) überdeckt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den den Messraum begrenzenden Seitenflächen (14) der Körperfassung (3) Elektroden oder ionenselektive Feldeffekt-Transistoren (15) zur Leitwertmessung angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Körperfassung (3) ein Temperaturfühler (16) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Körperfassung (3) ein pH-Wert-Detektor (17) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Körperfassung (3) ein Sauerstoffdetektor (18) zur Ermittlung des Sauerstoff-Partialdrucks angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Körperfassung (3) ein Kohlendioxid-Detektor (19) zur Ermittlung des Kohlendioxid-Partial­ druckes angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-System (1) räumlich vom Messkörper (2) getrennt und die Mess-Strahlen und/oder Meßsignale durch geeignete Verbindungen übermittelt werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-System (1) aus Strahlungsquellen, Detektoren, Signalwandler, Signalverarbei­ tungsvorrichtung, Telemetrieeinheit und Energiespeicher besteht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektional permeablen Membranen gleiche oder unterschiedliche Molekulargewichts-Trenngrenzen besitzen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der polarisierte Mess- Strahl im Wellenlängenbereich von UV bis MIR angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess-Strahl für die polarimetrische Analyse im Wellenlängenbereich von UV bis VIS angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) Mess- Strahl(en) für die spektrometrische Analyse im Wellenlängenbereich von UV bis MIR angeordnet ist.
19. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Überwachung und Regelung von chemischen Prozessen.
20. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur in vivo-Messung der Glukosekonzentration im menschlichen Körper.
21. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Überwachung biotechnologischer Prozesse in Bio-Reaktoren.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10214713A1 (de) * 2002-04-03 2003-10-30 C Cit Ag Waedenswill Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung und zur kontinuierlichen Überwachung von chemischen und/oder biologischen Reaktionen
EP1482300A4 (de) * 2002-03-06 2007-04-25 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Konzentrationsmesseinrichtung
DE102007019695A1 (de) * 2007-04-24 2008-10-30 Analytik Jena Ag Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina
EP2072006A1 (de) * 2007-12-17 2009-06-24 Palo Alto Research Center Incorporated Steuerung des Transfers von Objekten mit optischen Merkmalen
DE102024105480A1 (de) * 2024-02-27 2025-08-28 Hamilton Bonaduz Ag Kombisensor und System zur Bestimmung des pH-Werts und des Sauerstoffgehalts einer Flüssigkeit

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005035932A1 (de) * 2005-07-28 2007-02-08 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Optischer Sensor für in-situ Messungen
US7852490B2 (en) 2007-02-05 2010-12-14 Palo Alto Research Center Incorporated Implanting optical cavity structures
DE102008006807A1 (de) * 2008-01-30 2009-08-06 Dittel, Rudolf H., Dr. Spektralmessgerät in kompakter Bauweise zur ATR-interferometrischen hochauflösenden spektralen Bestimmung des Alkoholgehalts in Blut, sowie anderer Inhaltsstoffe in sonstigen Flüssigkeiten ohne direkten Kontakt mit diesen Flüssigkeiten
EP3943942A1 (de) 2014-02-14 2022-01-26 betaSENSE GmbH Biosensor zur konformation und sekundären strukturanalyse
DE102015122995A1 (de) * 2015-12-30 2017-07-06 Blue Ocean Nova AG Vorrichtung zur Analyse von einem sich in einem Produktraum befindenden zu analysierenden Gut
ES2834484T3 (es) 2016-11-21 2021-06-17 Univ Ruhr Bochum Método para la preselección de fármacos para enfermedades de plegamiento incorrecto de proteínas
DE102017108120A1 (de) 2017-04-13 2018-10-18 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Analysevorrichtung
WO2018219969A1 (en) 2017-05-29 2018-12-06 RUHR-UNIVERSITäT BOCHUM Biosensor for conformation and secondary structure analysis
US11953377B2 (en) * 2021-02-16 2024-04-09 Si-Ware Systems Integrated evanescent wave spectral sensing device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4124920A1 (de) * 1990-07-27 1992-02-06 Hitachi Ltd Biochemischer analysator und in dem analysator verwendete prismazelle fuer abgeschwaechte totalreflektion
DE19540456A1 (de) * 1995-10-30 1997-05-07 Johannes P Dr Buschmann Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Glukosekonzentration in einer Flüssigkeit

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050895A (en) * 1975-09-26 1977-09-27 Monsanto Research Corporation Optical analytical device, waveguide and method
GB8619823D0 (en) * 1986-08-14 1986-09-24 Buckley B M Determining level of analyte
DE3736092A1 (de) * 1987-10-24 1989-05-03 Barnikol Wolfgang Messvorrichtung zur kontinuierlichen bestimmung der glukose-konzentration in interstitiellen fluessigkeiten
DE4445668C2 (de) * 1994-12-21 1997-05-15 Euroferm Gmbh I Gr Vorrichtung zur Messung des Partialdruckes von in Flüssigkeiten gelösten Gasen in Anlagen zur Durchführung von biotechnologischen oder lebensmitteltechnologischen Prozessen
DE19612877C1 (de) * 1996-03-30 1997-09-25 Karim Dr Fahmy Totalreflexions-Meßzelle zur Untersuchung von einer auf einem ATR-Kristall adsorbierten Materialschicht
AU732530B2 (en) * 1996-06-21 2001-04-26 Euroferm Gmbh Device for measuring the partial pressure of gases dissolved in liquids
DE19815932C2 (de) * 1998-04-09 2000-06-21 Glukomeditech Ag Verfahren zur Miniaturisierung eines Polarimeters zur Analyse niedrig konzentrierter Komponenten im flüssigen Meßgut auf optischer Basis sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4124920A1 (de) * 1990-07-27 1992-02-06 Hitachi Ltd Biochemischer analysator und in dem analysator verwendete prismazelle fuer abgeschwaechte totalreflektion
DE19540456A1 (de) * 1995-10-30 1997-05-07 Johannes P Dr Buschmann Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Glukosekonzentration in einer Flüssigkeit

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1482300A4 (de) * 2002-03-06 2007-04-25 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Konzentrationsmesseinrichtung
DE10214713A1 (de) * 2002-04-03 2003-10-30 C Cit Ag Waedenswill Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung und zur kontinuierlichen Überwachung von chemischen und/oder biologischen Reaktionen
DE102007019695A1 (de) * 2007-04-24 2008-10-30 Analytik Jena Ag Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina
DE102007019695B4 (de) * 2007-04-24 2009-08-13 Analytik Jena Ag Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina
EP2072006A1 (de) * 2007-12-17 2009-06-24 Palo Alto Research Center Incorporated Steuerung des Transfers von Objekten mit optischen Merkmalen
JP2009142657A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Palo Alto Research Center Inc 移植可能製品
DE102024105480A1 (de) * 2024-02-27 2025-08-28 Hamilton Bonaduz Ag Kombisensor und System zur Bestimmung des pH-Werts und des Sauerstoffgehalts einer Flüssigkeit

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