DE10030927C1 - Refraktometrisches Verfahren zur langzeitstabilen genauen Messung der Konzentrationen gelöster Stoffe sowie eine miniaturisierbare Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur langzeitstabilen und genauen Messung der Konzentrationen der Bestandteile von Lösungen, insbesondere auch der Glukosekonzentration in wässrigen Lösungen, bei dem ein linear polarisierter elektromagnetischer Messstrahl mittels Totalreflexionen in einem Prisma (1), dessen Längsseiten und eine Schmalseite mit der zu vermessenden Lösung in Kontakt steht, geführt wird und dabei mit dem Messgut an der Grenzschicht in Wechselwirkung tritt, und nach dem Austritt aus dem Prisma (1) durch einen verstellbaren optischen Phasenverschieber (4) sowie einem Analysator (5) geleitet wird, und die Lichtintensität, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung, in geeigneter Weise gemessen wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Messstrahl durch einen Strahlteiler (10) in zwei Teilstrahlen zerlegt, ein Teilstrahl durch das Prisma geleitet und aus den Messsignalen ein Verhältnis gebildet. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine insbesondere miniaturisierbare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine miniaturisierbare Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zur Durchführung dieses Verfahrens, für langzeitstabile und genaue Messungen, insbesondere sehr niedrig konzentrierter Stoffe in Lösungen.

In der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Biotechnologie oder Umwelttechnik müssen zur Analyse der Zusammensetzung von Lösungen oder zu ihrer Charakterisierung häufig Eigenschaften der Lösungen quantitativ gemessen oder bestimmt werden. Die Bestimmungsgröße kann u. a. die Konzentration sein, Gehalts-Bestimmungen sind insbesondere beispielsweise bei der kontinuierlichen Überwachung und Regelung bio­ technologischer Prozesse oder großtechnischer chemischer Anlagen notwendig. Dies setzt ein einfaches, robustes und wartungsarmes, aber oft zugleich auch sehr empfindliches De­ tektionsverfahren voraus. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Mikroreaktoren, in denen "herkömmliche" Detektionsverfahren aus Dimensionsgründen und wegen mangelnder Empfindlichkeit nicht einsetzbar sind.

Doch nicht nur im technischen Bereich, sondern auch in der Medizin versucht man seit Jah­ ren Meßverfahren zur Bestimmung des Gehaltes einzelner Stoffe, beispielsweise der Glukose im Körperwasser, zu entwickeln. Dabei könnte eine miniaturisierte Vorrichtung (Sonde), auf Basis eines geeigneten Verfahrens, in einer ersten Phase innerhalb der Klinik beispielsweise als eine in ein Gewebe insertierbare "Einstichsonde", in einer folgenden Phase dann als ein telemetrisches Langzeitimplantat für die kontinuierliche Bestimmung der Glukosekonzentration überhaupt eingesetzt werden, um eine therapeutische Normalisierung des Glukosestoffwechsels zu verbessern. Eine Weiterentwicklung könnte eine solche Implantatsonde, gekoppelt an eine ebenfalls implantierte Insulinpumpe sein, die zusammen dann eine technische "Beta-Zelle" bilden, mit deren Hilfe eine jederzeit exakte Stabilisierung des Glukosespiegels über Monate und Jahre hinweg möglich ist und die somit die schwerwiegenden Folgeerscheinungen der diabetischen Erkrankung verhindern hilft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein geeignetes Verfahren sowie eine miniaturisierbare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, für langzeitstabile und genaue Messungen zur Bestimmung sehr niedrig konzentrierter Komponenten in Lösung zu entwickeln. Diese Vorrichtung sollte die Charakteristik einer Sonde mit kompaktem und einfachem Aufbau besitzen, d. h. die Anzahl ihrer Komponenten soll möglichst klein sein. Eine besonderer Teil der Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung so zu konzipieren, daß sie sowohl für in vitro- als auch für in vivo-Anwendungen zum Einsatz kommen kann.

Eine physikalische Methode zur Messung von Konzentrationen ist die Bestimmung des Brechungsindexes (Differential-Refraktometrie). Eine Küvette für die Differential- Refraktometrie besitzt normalerweise zwei Kammern, die durch eine schräg stehende Wand getrennt sind. θ sei der Winkel zwischen dieser Trennwand und der Küvetten-Seitenfläche. Ein Meßlichtstrahl wird, bei Füllung beider Küvettenhälften mit Flüssigkeiten gleicher Brechzahl (n₁ = n₂) nicht abgelenkt. Bei unterschiedlicher Füllung (n₁ ≠ n₂) ergibt sich eine Ablenkung - d. h. der Meßlichtstrahl verläßt die Küvette unter einem gewisse Winkel bezogen auf den einfallenden Meßlichtstrahl und dieser Winkel ist proportional zur relativen Differenz der Brechzahlen. Die dabei entstehende Ablenkung y des Laserstrahls kann, in einer Entfernung x von der Küvette, durch geeignete positionsempfindliche Meßwertwandler für Intensitäten elektromagnetischer Wellen erfaßt werden, rechnerisch gilt (für große x):

Für die theoretisch mögliche Empfindlichkeit derartiger Differential-Refraktometer folgt daraus:

Die Gleichung stellt den formelmäßigen Ausdruck für die bekannte Tatsache dar, daß bei zunehmender Entfernung x die Empfindlichkeit steigt. Dies ist mit der Aufgabe der Erfindung, nämlich eine geeignete miniaturisierte Vorrichtung mit gleichzeitig hoher Empfindlichkeit zu entwickeln, nicht vereinbar.

Eine weitere physikalische Methode zur Bestimmung von Konzentrationen gelöster Analyte ist beispielsweise die Polarimetrie. Wird eine Lösung einer optisch aktiven Substanz mit linear polarisiertem Licht durchstrahlt, erfährt dessen Schwingungsebene eine Drehung. Der Drehwinkel γ ist proportional zur Länge des Lichtweges im Meßgut, bei Lösungen außerdem proportional zur Konzentration des optisch aktiven Stoffes. Ist ϕ der vorgegebene Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen des Polarisators und Analysators, ergibt sich während einer "herkömmlichen" Polarisationsanalyse am Ausgang des Analysators für die Ausgangs­ intensität:

I = I₀.cos²(ϕ ± γ)

Für die theoretisch mögliche Empfindlichkeit derartiger "herkömmlicher" Polarimeter folgt daraus:

Die Gleichung stellt den formelmäßigen Ausdruck für die bekannte Tatsache dar, daß bei einer Verdrehung des Polarisators um ϕ = 45°, bezogen auf den Analysator, maximale Empfindlichkeit resultiert. Daraus ist ersichtlich, daß die Empfindlichkeit solcher Polarimeter theoretisch begrenzt ist.

Wegen dieser begrenzten Empfindlichkeit fällt auch dieses Verfahren als nicht geeignet.

Weder eines der genannten noch auch weitere in der Literatur beschriebene Verfahren erfüllen die vorstehend genannten Ansprüche an Langzeitstabilität, Genauigkeit der Messung und Kompaktheit des Aufbaus mit der Potenz der Miniaturisierbarkeit.

In DE 198 56 591 A1 wird die Verwendung von zwei Lichtstrahlen, die sich im Einfallswinkel und oder im Polarisationszustand unterscheiden beschrieben, die mittels Lichtleitern ein- und ausgekoppelt werden. Diese Lösung basiert auf der ATR-Meßmethode und erfordert, wenn aufeinanderfolgend nur ein Lichtstrahl verwendet wird, den Austausch der Polarisatoren und Analysatoren.

Aus DE 198 15 932 A1 ist ein Phasenschieber als "Bauteil" bekannt. Der Fachmann kann daraus jedoch nicht entnehmen, welcher Einfallswinkel vorteilhaft zu wählen ist, um eine maximale Empfindlichkeit des Meßverfahrens zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß man den von einer Strahlungsquelle ausgehenden, polarisierten einzelnen Meßstrahl in ein Prisma aus strahlungsdurchlässigem Material, das sich in der zu vermessenden Lösung befindet, einstrahlt, wobei der Einfallswinkel α der jeweiligen Reflexion im Prismeninneren größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist und der Winkel zwischen der Schwingungsebene des in das Prisma (1) eintretendenen Meßstrahls und der Einfallsebene werte nahe 45° besitzt, den nach mehrfacher Totalreflexion im Inneren des Prismas aus diesem wieder austretenden Meßstrahl durch einen optischen Phaasenschieber und einen dahinter angeordneten Analysator einem Detektor der Strahlungsintensität zuleitet und mittels einer Eichkurve die Konzentration ermittelt. Die gemessene Strahlungsintensität ist die von der Gesamt-Phasenverschiebung zwischen den zur Einfallsebene parallelen und senkrechten Feldstärkekomponenten des Meßstrahls abhängige Meßgröße. Anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Ausführungen sei das erfindungsgemäße refraktrometrische Ver­ fahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung genau beschrieben. Im Prinzip wird die der Konzentration des Analyten direkt proportionale Brechzahl der den Analyten enthalten­ den Lösung durch ihre Beeinflussung der Refraktion eines polarisierten Meßstrahls an der Grenzfläche zu einem optisch dichteren Medium ermittelt.

Die vier FRESNELschen Formeln enthalten die vollständige Theorie der Reflexion, Brechung und Polarisation von Lichtstrahlen in und an isotropen Medien. In einem optisch dichteren Medium 1 mit der Brechzahl n₁ laufe ein Lichtstrahl auf die Grenzschicht zu einem optisch dünneren Medium 2 mit der Brechzahl n₂(n₂/n₁ = n_rel < 1) zu. Für Einfallswinkel α, die größer sind als der Grenzwinkel der Totalreflexion α_g, tritt nach dem SNELLIUSschen Brechungsgesetz kein reeller Brechungswinkel auf, es gibt keinen gebrochenen Strahl mehr, vielmehr findet sich die gesamte einfallende Strahlungsleistung im reflektierten Strahl wieder: Es liegt eine Totalreflexion vor. Für den Grenzwinkel der Totalreflexion gilt:

Aus der Gleichung ist ersichtlich, daß der Winkel α_g nur vom Wert des Verhältnisses der Brechungsindizes (n_rel = n₂/n₁) abhängt.

Die orthogonalen Komponenten Eparallel und Esenkrecht des elektrischen Feldvektors E eines polarisierten Lichtstrahles sind phasenstarr gekoppelt. Ihre zeitliche Phasendifferenz Δ nach einer Totalreflexion an der genannten Grenzschicht mit n₂/n₁ < 1 ist im allgemeinen von Null verschieden, der Polarisationszustand des Lichtes ist dann elliptisch. Sowohl die Form, als auch die jeweilige räumliche Orientierung des elektrischen Summen-Feldstärkevektors hängt in bekannter Weise von der Phasendifferenz Δ ab. Berechnet man die Phasendifferenz Δ im Bereich der Totalreflexion unter Zuhilfenahme der FRESNELschen Gleichungen, ergibt sich:

In einer Polarisationsanalyse, bei der die Vorzugsrichtung eines Analysators senkrecht bezüglich der Schwingungsebene des eingestrahlten polarisierten Lichtes liegt, ergibt sich für die Ausgangsintensität des zu analysierenden Lichtstrahles I als Funktion der Phasenlage Δ der beiden orthogonalen Komponenten zueinander:

Daraus ergibt sich wiederum unter Beachtung obiger Gleichung:

Die Empfindlichkeit, die theoretisch mit diesem Verfahren erreicht werden kann, ist die erste Ableitung der Ausgangsintensität nach dem relativen Brechungsindex (dI/dn_rel). Für α ≧ α_g gilt:

dabei ist n_rel der relative Brechungsindex, α der Einfallswinkel der Strahlung zum Einfallslot hin gemessen, und I0 die Eingangsintensität.

Erfindungsgemäß soll der Einfallswinkel α größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion sein, damit keine Strahlungsenergie durch Brechung verloren geht, zugleich aber so klein wie möglich gewählt werden, um eine möglichst große Anzahl von Reflexionen des Meßlichtstrahles auf kleinstem Raume zu ermöglichen. Dies erfordert, daß der Wert der relativen Brechzahl n_rel = n₂/n₁ kleinstmöglich gewählt werden muß. Da der Gehalt einer Substanz in einer Lösung (beispielsweise eine wäßrige Glukoselösung) bestimmt werden soll, legt diese Lösung die Brechzahl n₂ fest, sie bildet erfindungsgemäß das "äußere" Medium. Die Brechzahl des "inneren" Mediums wird durch das eingesetzte Material (beispielsweise ein Glas) gewählt. Es ergibt sich, daß die Brechzahl des "inneren" Mediums, im Bereich des technisch möglichen, möglichst groß gewählt werden muß, damit die gewünschte Bedingung bezüglich n_rel eingehalten wird. Als hinreichend geeignet hat sich beispielsweise die Glasart SF 31 (Schwerstes Flint) mit einer Brechzahl n₁ von 1,885 (bei einer Wellenlänge des Meßlichtes λ von 546,1 nm) erwiesen. Eine wässrige Glukoselösung der Konzentration 500 mg/dL beispielsweise besitzt eine Brechzahl n₂ von 1,337. Die relative Brechzahl n_rel errechnet sich dann zu 0,709, der Grenzwinkel der Totalreflexion α_g zu 45,2°. Somit muß, wenn die zu ermittelnde Glukosekonzentration maximal 500 mg/dL beträgt, der Einfallswinkel α größer oder im Minimum gleich 45,2° gewählt werden.

Eine quantitative Auswertung der Empfindlichkeit dI/dn_rel für die eben genannten Werte für n_rel von 0,709 und für α von 45,5° für eine Totalreflexion, ergibt eine um einen Faktor 2,5 größere Empfindlichkeit gegenüber einer "herkömmlichen" Polarimetrie. Wird die Anzahl der Totalreflexionen erhöht, addieren sich die Empfindlichkeiten zu eine Gesamtempfindlichkeit.

Nur in dem Falle, daß der Einfallswinkel genau gleich dem Grenzwinkel der Totalreflexion ist (α = α_g) und wenn die Brechzahlen konstant sind - also die Konzentrationen des Analyten sich nicht ändert - existiert keine Phasenverschiebung zwischen den beiden orthogonalen Komponenten. Die real auftretende Phasenverschiebung kann aber durch einen optischen Phasenschieber geändert werden. Mit ihm kann sowohl der Polarisationszustand, als auch die räumliche Lage der Hauptachse beliebig gewählt und eingestellt werden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtungen zu seiner Durchführung im Einzelnen beschrieben.

Dabei ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer möglichen Erweiterung

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung

Fig. 5 das Schema eines beispielhaften Aufbaus sowie der Anordnung der Bauteile einer modifizierten anspruchsgemäßen Vorrichtung

Fig. 6 zeigt die Meßwerte des Ausgangssignals über der Glukosekonzentration, vermessen mit der in Fig. 5 beschriebenen Vorrichtung

Fig. 1 zeigt ein längliches, im Querschnitt viereckiges, fünfseitiges, in Längsrichtung spiegel-symmetrisches Prisma (1), z. B. ein Glasprisma, mit zwei planparallelen Seitenfläch­ en, wie es aus DE-AS 17 72 690 und US-PS 3,393,603 bekannt ist. Die beiden an einer Schmalseite des Prismas unter dem doppelten Einfallswinkel 2.α zueinander angeordneten Stirnflächen (1a) dienen der Ein- und Auskopplung des Meßstrahls. Der von der Strahlungsquelle (2), z. B. eine Laserdiode, ausgehende, durch den Polarisator (3), z. B. einen Folienpolarisator, linear polarisierte Meßstrahl tritt dabei parallel bezüglich der Flächennormalen einer dieser Stirnfläche (1a) in das Prisma (1) ein und wird im Inneren des Prismas mittels Totalreflexionen geführt. Sein Verlauf im Meßkörper-Prisma ist durch punktierte und mit Pfeilen versehene Linien angedeutet. Nach einem Hin- und Rücklauf des Meßstrahls durch die Länge des Prismas tritt der Meßlichtstrahl aus der zweiten Stirnfläche (1a) aus und durchdringt einen optischen Phasenschieber (4), z. B. einen Soleil-Babinet- Kompensator. Durch diesen Phasenschieber kann die vorrichtungsspezifisch auftretende Phasenverschiebung geändert und so die größtmögliche Empfindlichkeit eingestellt werden. Der in seinem Polarisationszustand und seiner räumlichen Lage der Hauptschwingungsebene veränderte Meßstrahl durchdringt anschließend einen Analysator (5), z. B. einen Folienpolarisator, dessen Vorzugsrichtung senkrecht zur räumlichen Orientierung der Hauptachse des austretenden Meßlichtes liegt. Ein im Anschluß angeordneter fotoempfindlicher Detektor (6), z. B. eine Fotodiode, wandelt die auftreffende Strahlungsenergie in einen der Intensität proportionalen Strom, der zur elektronischen Weiterverarbeitung im einfachsten Fall durch einen Strom-Spannungs-Wandler (7) verstärkt und in eine Spannung transformiert wird, die dann durch ein geeignetes Meßgerät (8), z. B. einen Voltmeter, angezeigt wird.

Fig. 2 zeigt eine Gestaltung des Prismas ähnlich in Fig. 1, bei dem jedoch an einer Schmalseite nur eine Stirnfläche (1a) - unter dem Einfallswinkel α bezüglich einer planparallelen Seitenfläche - angeordnet ist. Diese Stirnfläche dient sowohl der Ein- als auch der Auskopplung des Meßstrahls.

Fig. 3 zeigt eine Gestaltung ähnlich der Fig. 1, bei der zusätzlich die beiden planparallele Flächen der Längsseiten, von den Seitenflächen an einer Schmalseite ausgehend, für eine gewisse Strecke mit einer totalreflektierenden Schicht (9), z. B. eine Metallschicht, beschichtet sind. Diese Beschichtung gewährleistet immer eindeutig definierte Reflexionsbedingungen des Meßstrahls in diesem Bereich des Prismas. Diese Ausführungsform ist vorzugsweise dann einzusetzen, wenn das Prisma eine Grenzschicht zwischen zwei Medien - beispielsweise als Eintauch-Sonde in eine Flüssigkeit - durchdringt und diese Grenzschicht während der Messung am Prisma anliegt.

Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung ähnlich der Fig. 1, bei der jedoch nach der Strahlungs­ quelle (2), z. B. eine Laserdiode, ein Strahlteiler (10), z. B. ein dielektrischer Strahlteilerwürfel, anstelle des Polarisators (3) angeordnet ist. Dieser Strahlteiler erzeugt einerseits einen linear polarisierten Meßstrahl, zum anderen einen Referenzstrahl. Dieser Referenzstrahl trifft auf einen fotoempfindlichen Detektor (11), z. B. Fotodiode, der die auftreffende Strahlungsenergie in einen proportionalen Strom wandelt. Die durch die fotoempfindlichen Detektoren (6 und 11) erzeugten Ströme werden durch zwei Strom-Spannungs-Wandler (7 und 12) in Spannungen transformiert, die anschließend in geeigneter Weise durch einen Verhältnisbildner (13) ins Verhältnis gesetzt werden. Dadurch können Intänsitätsschwankungen der Strahlungsquelle eliminiert und gleichzeitig die Empfindlichkeit, bei geeigneter Wahl des Verhältnisses, durch eine opto-elektronische Verstärkung erhöht werden.

Eine weitere allgemein bekannte Möglichkeit der Erhöhung der Empfindlichkeit ergibt sich durch Modulation der Intensität der Strahlungsquelle (z. B. der Amplitude oder der Frequenz der Amplitude und der Frequenz) vor dem Eintritt in das Prisma, mit entsprechender Demodulation (z. B. durch einen "Lock-In"-Verstärker) des Verhältnissignals.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die synergistische Wirkung zwischen der Anzahl der Totalreflexionen und der bevorzugten miniaturisierten Bauweise, denn je schmaler das Prisma ist, desto größer ist die Anzahl der Totalreflexionen pro Längeneinheit, die dann wiederum eine Erhöhung der Empfindlichkeit zur Folge hat.

Weitere Vorteile liegen im sowohl kompakten, als auch einfachen und robusten Aufbau: es werden nur wenige Komponenten für eine sehr empfindliche Vorrichtung benötigt.

Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Diese zeigt das Schema einer modifizierten Anordnung von Komponenten gemäß der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Die Strahlungsquelle (2) war ein grüner Helium-Neon-Laser ("Model 1652", UNIPHASE, München) mit einer Wellenlänge von 543,5 nm und einer optischen Ausgangsleistung von 0,25 mW. Das dahinter angeordnete Polarisationsfilter (3), ("PW 44", B + W-FILTERFABRIK, Bad Kreuznach) war auf eine Winkel von 45° zur Einfallsebene eingestellt. Der Laserstrahl trat parallel zur Flächennormalen einer Fläche einer Stirnseite (1a) eines Rhombusprismas (1), ("Sonderprisma aus SF 4", JENAER MEßTECHNIK, Jena) ein, dessen Längsseiten in einer temperierbaren Wanne (14) (eine Sonderanfertigung von STROMBOLI, Bochum) angeordnet waren, in der sich die zu vermessenden Lösungen befanden. Der aus der gegenüberliegenden Stirnseite (1a) austretende Laserstrahl durchdrang einen optischen Phasenschieber (4) ("Soleil-Babinet- Kompensator", LINOS HOLDING, Göttingen) und anschließend einen Analysator (5) (PW 44", B + W-FILTERFABRIK, Bad Kreuznach) mit einer Lage der Vorzugsrichtung von 90° bezogen auf den Polarisator. Als Detektor (6) diente eine Silizium-Fotodiode ("S 3399", HAMAMATSU, Herrsching), deren Fotostrom durch einen nachgeschalteten Stromverstärker (7) ("DLPCA-1000", FEMTO, Berlin) verstärkt wurde. Die Signalerfassung und Anzeige erfolgte durch ein Voltmeter (8) ("Model 89-4", FLUKE, Berlin).

Die beispielhafte Vorrichtung gemäß Fig. 4 ergab sehr genaue Meßergebnisse auch für Meßgut mit geringer Konzentration des zu analysierenden Stoffs. Fig. 6 zeigt eine mit dieser Vorrichtung erstellte Eichkurve für D(+)-Glukose. Aus der Messung ergibt sich für eine Konzentration von 100 mg/dL ein absoluter Fehler von etwa 5 mg/dL.

Claims (19)

1. Verfahren zur langzeitstabilen und genauen refraktrometrischen Messung der Konzentration gelöster Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man einen von einer Quelle (2) elektromagnetischer Strahlung ausgehenden, polarisierten einzelnen Meßstrahl in ein Prisma (1) aus strahlungsdurchlässigem Material, das sich in der zu vermessenden Lösung befindet, einstrahlt, wobei der Einfallswinkel α der jeweiligen Reflexion im Prismeninneren größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist und der Winkel zwischen der Schwingungsebene des in das Prisma (1) eintretendenen Meßstrahls und der Einfallsebene werte nahe 45° besitzt, den nach mehrfacher Totalreflexion im Inneren des Prismas aus diesem wieder austretenden Meßstrahl durch einen optischen Phasen­ schieber (4) und einen dahinter angeordneten Analysator (5) einem Detektor der Strahlungsintensität (6) zuleitet und mittels einer Eichkurve die Konzentration ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (1) zwei plan­ parallele Seitenflächen an den Langseiten besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (1) zur optischen Ein- und Auskopplung des Meßstrahls je eine Fläche besitzt, die senkrecht zu dem ein- bzw. ausstrahlenden Meßstrahl angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl in einem linear polarisierten Zustand in das Prisma (1) eingestrahlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Phasen­ verschiebung zwischen den beiden orthogonalen Komponenten des elektrischen Feld­ stärkevektors des in den Analysator (5) eintretenden Meßstrahls nahe 90° beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzugsrichtung des Analysators (5) und die räumliche Lage der Hauptachse des in den Analysator (5) eintretenden Meßstrahls senkrecht zueinander angeordnet sind.

7. Verfähren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Brechzahlen der zu vermessenden Lösung zu der des Prismas (1) möglichst klein gewählt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl vor seinem Eintritt in das Prisma (1) geteilt wird, der eine polarisierte Teilstrahl in das Prisma (1) eingestrahlt und der andere polarisierte Teilstrahl als Referenzstrahl direkt einem weiteren Detektor (11) zugeführt wird und das Verhältnis oder die Differenz der Meßwertsignale der beiden Detektoren (6 und 11) gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Quellenstrahlung oder des Meßstrahls zusätzlich in einer geeigneten Weise moduliert und das Ausgangssignal entsprechend demoduliert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl aus elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen aus dem Bereich des Lichts, der Ultraviolett- oder der Nahen-Infrarot-Strahlung besteht.

11. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur langzeitstabilen genauen Messung der Konzentration gelöster Stoffe, umfassend eine einen einzelnen Meßstrahl aussendende Strahlungsquelle (2) mit einem im Strahlengang dahinter angeordneten Polarisator (3), einem strahlungsdurchlässigen Prisma (1), einem hinter der Austrittsfläche angeordneten optischen Phasenschieber (4), einem Analysator (5), einem fotoempfindlichen Detektor (6), einem Verstärker-Wandler (7) und einem Meßgerät (8).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Prismas (1) in der Aufsicht ein gestrecktes Parallelogramm ist und die Kurzseiten zur Ein- und Auskopplung des Meßstrahls dienen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Prismas (1) in der Aufsicht ein einseitig abgeschrägtes Rechteck ist und die schräge Kurzseite sowohl zur Ein-, als auch zur Auskopplung des Meßstrahls dienen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Prismas (1) in der Aufsicht ein fünfseitiger geometrischer Körper mit zwei planparallelen Seitenflächen an den Langseiten ist und die beiden Flächen der zweiflächigen Kurzseite zur Ein- und Auskoppeln des Meßstrahles dienen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (1) aus einem strahlendurchlässigen Material möglichst großer Brechzahl besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher polarisationserhaltender Strahlteiler (10) den Meßstrahl vor seinem Eintritt in das Prisma (1) teilt, ein weiterer Detektor (11) mit zugehörigem Verstärker-Wandler (12) die Intensität des nicht in das Prisma (1) einstrahlenden Teilstrahls als Referenzstrahl direkt erfaßt, und ein Verhältnis- oder Differenzbildner (13) die Meßsignale der beiden Verstärker-Wandler (7 und 12) ins Verhältnis setzt oder die Differenz bildet.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine minia­ turisierte Bauweise.

18. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17 als eine im­ plantierbare oder insertierbare Meßsonde, insbesondere zur kontinuierlichen Bestimmung der Glukosekonzentration.

19. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17 als Meßsonde zur Regelung und Überwachung physikalisch-chemischer und biotechnischer Prozesse, insbesondere zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration gelöster Stoffe in Bioreaktoren.