DE10020613C2 - Process for the long-term stable and reproducible polarimetric measurement of the concentrations of the components of aqueous solutions and device for carrying out this process - Google Patents

Process for the long-term stable and reproducible polarimetric measurement of the concentrations of the components of aqueous solutions and device for carrying out this process

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DE10020613C2 DE2000120613 DE10020613A DE10020613C2 DE 10020613 C2 DE10020613 C2 DE 10020613C2 DE 2000120613 DE2000120613 DE 2000120613 DE 10020613 A DE10020613 A DE 10020613A DE 10020613 C2 DE10020613 C2 DE 10020613C2
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    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties

Abstract

Verfahren zur langzeitstabilen und gut reproduzierbaren polarimetrischen Messung der Konzentrationen der Bestandteile wässriger Lösungen, insbesondere auch Dialysaten interstitieller Gewebeflüssigkeiten, bei dem ein Messtrahl aus linear polarisiertem Licht, dessen Intensität zeitlich gleichförmig periodisch schwankt, durch eine Messküvette (3) geleitet, anschließend durch einen Strahlteiler (2) in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, die Lichtintensität beider Teilstrahlen gemessen, das Signal jedes Teilstrahls gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung einem Multiplizierer zugeführt wird, von denen einer eine Signalinvertierung bewirkt, und die Messsignale einer Signalverarbeitung zugeführt werden, in der eine Differenz- oder Verhältnisbildung erfolgt, sowie insbesondere eine miniaturisierbare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.Method for long-term stable and easily reproducible polarimetric measurement of the concentrations of the constituents of aqueous solutions, especially dialysates of interstitial tissue fluids, in which a measuring beam of linearly polarized light, the intensity of which fluctuates periodically and uniformly, is passed through a measuring cell (3), then through a beam splitter ( 2) is broken down into two partial beams, the light intensity of the two partial beams is measured, the signal of each partial beam is fed to a multiplier, if necessary after suitable amplification, one of which effects signal inversion, and the measurement signals are fed to signal processing in which a difference or ratio is formed , and in particular a miniaturizable device for performing this method.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Ein bevorzugter Einsatzbereich ist die Messung der Glukosekonzentration in der interstiellen Körperflüssigkeit unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in miniaturisierter Bauweise.The invention relates to a method having the features of claim 1 and a Apparatus for performing this method with the features of claim 5. Ein preferred area of application is the measurement of the glucose concentration in the interstial Body fluid using a device according to the invention in miniaturized Construction.

Normalerweise enthalten 100 mL menschliches Blut etwa zwischen 70 und 110 mg Glukose (Traubenzucker). Bei der Volkskrankheit Diabetes mellitus (der "Zuckerkrankheit"), an der allein in den Industrieländern ca. 3% der erwachsenen Bevölkerung leiden ist der mittlere Glukosegehalt im Blut der Erkrankten meist deutlich erhöht, weil diese Patienten an einem - absoluten oder relativen - Mangel des Hormons Insulin leiden Insulin senkt den Gehalt der Glukose im Blut, indem es u. a. ihre Aufnahme in die Körperzellen fördert. Kann der aktuelle Blutglukosegehalt des Diabetikers kontinuierlich und augenblicklich ermittelt werden, ermöglicht dies, ihm zu jeder Zeit die genau erforderliche fehlende Insulinmenge zuzuführen und somit seinen Glukose-Stoffwechsel zu normalisieren. Damit werden Belastungen und Spätschäden des Organismus durch unerwünschte Wirkungen, welche aufgrund instabiler Glukosespiegel auftreten, weitgehend ausgeschlossen, was - neben einer allgemeinen Verbesserung der Lebensqualität des Patenten - insbesondere auch zu einer höheren Lebenserwartung führt. Ein implantierbarer Glukosesensor ist eine Möglichkeit, die Glukosekonzentration im Körper kontinuierlich zu detektieren. Diese bislang noch fehlende Komponente, gekoppelt mit einer bekannten Insulinpumpe, trüge entscheidend zur Reali­ sierung einer sogenannten "künstlichen Bauchspeicheldrüse", d. h. einer technischen Vorrichtung zur vollautomatischen Versorgung der Patienten mit dem Hormon Insulin bei. Eine solche künstliche Bauchspeicheldrüse könnte vielen zuckerkranken Menschen ein Leben ohne Insulinspritzen ermöglichen.Usually 100 mL of human blood contains between 70 and 110 mg of glucose (Glucose). With the common disease diabetes mellitus (the "diabetes"), at which In the industrialized countries alone, about 3% of the adult population suffer the middle one Glucose levels in the blood of those affected usually increase significantly because these patients absolute or relative - deficiency of the hormone insulin suffer insulin lowers the content of the Blood glucose a. promotes their absorption into the body cells. Can the current one Blood glucose levels of the diabetic are continuously and instantly determined, this enables him to deliver the exact amount of missing insulin he needs at all times and thus normalize his glucose metabolism. So that burdens and Late damage to the organism due to undesirable effects caused by unstable Glucose levels occur, largely excluded, which - in addition to a general Improve the quality of life of the patent - especially to a higher one Life expectancy leads. An implantable glucose sensor is one way that  To continuously detect glucose concentration in the body. This is still missing Component, coupled with a well-known insulin pump, would contribute significantly to the Reali sation of a so-called "artificial pancreas", d. H. a technical Device for the fully automatic supply of the patient with the hormone insulin. Such an artificial pancreas could affect many diabetic people Enable life without insulin injections.

Forscher- und Entwicklergruppen sind weltweit bemüht, einen implantierbaren Glu­ kosesensor für die Erfassung der Glukosekonzentration zur Marktreife zu entwickeln. Dabei finden unterschiedliche Meßprinzipien Anwendung. Bisher sind ganz überwiegend elektrochemische Glukose-Sensoren konzipiert, ausprobiert und entwickelt worden. Die Anwendung solcher, auf der Verwendung geeigneter Enzyme basierender, elektrochemi­ scher Sensoren im Körper erfährt enorme Schwierigkeiten. Insbesondere ist dies die "Vergif­ tung" der verwendeten Enzyme (z. B. der Glukose-Oxidase) durch körpereigene Stoffe, mit einer nachfolgenden Langzeit-Instabilität. Um diesen Nachteil zu vermeiden, bezieht sich die hier dargelegte Erfindung auf ein rein physikalisches Meßprinzip die Polarimetrie.Research and development groups around the world are working to create an implantable glu To develop kosesensor for the detection of the glucose concentration to market maturity. there different measuring principles are used. So far, are quite prevalent electrochemical glucose sensors have been designed, tried and developed. The Application of such electrochemicals based on the use of suitable enzymes sensors in the body experience enormous difficulties. In particular, this is the "Vergif tion "of the enzymes used (e.g. glucose oxidase) by the body's own substances a subsequent long-term instability. To avoid this disadvantage, the Invention presented here on a purely physical measuring principle, polarimetry.

Durchstrahlt man ein optisch aktives Medium mit linear polarisiertem Licht, erfährt die Schwingungsebene dieses Lichtes eine Drehung. Der Winkel α, um den die Schwingungs­ ebene rotiert, ist proportional zur Länge d des Lichtweges und zur Konzentration c der optisch aktiven Substanz:
If an optically active medium is irradiated with linearly polarized light, the plane of vibration of this light experiences a rotation. The angle α by which the plane of vibration rotates is proportional to the length d of the light path and the concentration c of the optically active substance:

α = kλ,T . c . dα = k λ, T. c. d

Der Proportionalitätsfaktor kλ ,T ist die spezifische Drehung der optisch aktiven Substanz. Für eine Auflösung von 3 mg/dL der Konzentration von Glukose in einem wässrigen Milieu, muß man, bei einer Meßstrecke von 4 cm und einer Wellenlänge λ im sichtbaren Bereich (z. B. λ = 635 nm) Änderungen des Drehwinkels von ca. 5 . 10-4° (500 µ°) aufnehmen können.The proportionality factor k λ , T is the specific rotation of the optically active substance. For a resolution of 3 mg / dL of the concentration of glucose in an aqueous environment, you have to change the angle of rotation of approx. 5 with a measuring distance of 4 cm and a wavelength λ in the visible range (e.g. λ = 635 nm) , 10 -4 ° (500 µ °).

Einige Verfahren und Vorrichtungen zur ex vivo - Messung der Blutglukosespiegel im men­ schlichen Körper, die die Polarimetrie als Meßmethode verwenden, sind aus den Patentschriften WO 9413199, US 5671301 und US 5009230 bekannt. Aber bei all diesen Verfahren wird der "Meßstrahl" von außen in oder durch Gewebe gestrahlt und dann die Verdrehung der Polarisationsebene eines das Gewebe wieder verlassenden polarisierten Strahls oder die Phasenverschiebung zwischen polarisierten Strahlen als Maß für die Glukosekonzentration verwendet. D. h., keine dieser Erfindungen beschäftigt sich mit der Entwicklung eines implantierbaren Glukosesensors und allen derartigen Messungen stehen, wegen der mannigfaltigen Strukturen des Gewebes, grundsätzliche Schwierigkeiten, wie z. B. ausreichende Spezifität, entgegen. Wegen der enormen Komplexität und Strukturen des Gewebes dürften aber diese Verfahren als nicht geeignet für eine Entwicklung zur Marktreife ausscheiden.Some methods and devices for ex vivo measurement of blood glucose levels in men creeping bodies that use polarimetry as a measurement method are from the Patents WO 9413199, US 5671301 and US 5009230 are known. But with all of these The "measuring beam" is radiated from the outside into or through tissue and then the process Rotation of the polarization plane of a polarized one leaving the tissue  Beam or the phase shift between polarized beams as a measure of the Glucose concentration used. That is, none of these inventions deals with the Development of an implantable glucose sensor and all such measurements because of the diverse structures of the fabric, basic difficulties, such as B. sufficient specificity. Because of the enormous complexity and structures of the However, these processes may not be suitable for a development to market maturity excrete.

Aus DE 198 26 294 C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Messstrahl aus linear polarisiertem Licht durch eine Messküvette geleitet, anschließend durch einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen zerlegt, die Lichtintensität beider Teilstrahlen gemessen und gegebenenfalls nach Verstärkung einer Signalverarbeitung zugeführt wird. Auch aus den US 4467204 A, US5383452 A, EP 0030610 B1, US 5788632 A, DE 27 24 543 C2 und US 5671301 A sind ähnliche Verfahrensweisen oder deren Teile bekannt. Keine dieser Gestaltungen genügen jedoch den Anforderungen der Praxis an eine langszeitstabile und gut reproduzierbare Messung der Konzentrationen wässriger Flüssigkeiten, insbesondere der Glukosekonzentration.DE 198 26 294 C1 discloses a method in which a measuring beam is linear polarized light passed through a measuring cell, then through a beam splitter in split two partial beams, measured the light intensity of both partial beams and optionally after signal processing is fed. Also from US 4467204 A, US5383452 A, EP 0030610 B1, US 5788632 A, DE 27 24 543 C2 and US 5671301 A Similar procedures or parts thereof are known. None of these However, designs meet the practical requirements for a slow and stable well reproducible measurement of the concentrations of aqueous liquids, especially the Glucose concentration.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochempfindliches, einfach und reproduzierbar messendes Polarimetrie-Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur quantitativen Bestimmung der Glukose in den interstiellen Körperflüssigkeiten - und zwar im Rahmen eines implantierbaren Detektors - bereitzustellen. Verfahren und Vorrichtung sind jedoch auch in anderen Bereichen, etwa zur Überwachung und Steuerung chemischen Verfahren, einsetzbar.The present invention has for its object to be a highly sensitive, simple and reproducible measuring polarimetry method and corresponding devices for quantitative determination of glucose in interstitial body fluids - namely in Frame of an implantable detector - to be provided. Process and device are but also in other areas, such as chemical monitoring and control Procedure, applicable.

Falls - wie hier im Falle der Glukose im Organismus - ein sehr niedriger Gehalt der optisch aktiven Substanz vorgegeben ist, kann nur ein hochempfindliches Polarimeter mit einer hohen opto-elektronischen Güte der Meßsignal-Aufnahme und -Verstärkung eine hin­ reichende Genauigkeit der Messung des Gehaltes ermöglichen.In case - as here in the case of glucose in the organism - a very low content of the optically active substance, only a highly sensitive polarimeter with a high opto-electronic quality of the measurement signal recording and amplification allow sufficient accuracy of the measurement of the salary.

Die gewählte Vorrichtung sollte also möglichst einfach aufgebaut sein, d. h. ohne bewegliche Teile und insbesondere miniaturisierbar. Die Vorrichtung muß außerdem die Potenz einer großen und rauscharmen opto-elektronische Verstärkung enthalten, um die geforderte Empfindlichkeit und Genauigkeit zu erreichen. Darüber hinaus sollte bei der Polarimetrie die Messung darüber hinaus noch weitgehend unabhängig von einer Absorption des Lichtes durch das Meßgut sein, da diese Einflüsse eventuell direkt im Meßsignal wiederzufinden sind.The chosen device should be as simple as possible, i. H. without moving Parts and especially miniaturizable. The device must also have the power of one large and low-noise opto-electronic amplification included to meet the required Achieve sensitivity and accuracy. In addition, the polarimetry Measurement also largely independent of absorption of the light  be through the material to be measured, since these influences may be found directly in the measurement signal are.

Keines der oben genannten Patente ist bislang Basis für eine bekannte marktreife technische Entwicklung geworden. Die in den Patenten beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen scheinen die genannten Anforderungen - auch für eine ex vivo-Messung - nicht erfüllen zu können.So far, none of the above-mentioned patents is the basis for a known marketability technical development. The methods and procedures described in the patents Devices seem to meet the requirements mentioned - also for an ex vivo measurement - not being able to meet.

Die erfindungsgemäße Lehre hat zum Gegenstand, prinzipiell oder in Teilen bekannte Meßanordnungen in nicht offensichtlicher Art und Weise zu kombinieren und hinsichtlich der Meßgenauigkeit wesentlich zu verbessern, wobei die genannten Probleme in technisch wirksamer und einfacher Weise gelöst und die genannten Anforderungen an einen Detektor für Glukose zur Messung in Körperflüssigkeiten erfüllt werden sollen. Die gestellte Aufgabe wird anspruchsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Meßstrahl aus linear polarisiertem Licht durch eine Meßküvette geleitet, anschließend durch einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, die Lichtintensität beider Teilstrahlen gemessen und die Meßsignale, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung, einer Signalverarbeitung zugeführt werden, wobei die Intensität des Meßstrahls zeitlich gleichförmig periodisch schwankt, das Signal jedes Teilstrahls einem Multiplizierer zugeführt wird, von denen einer eine Signalinvertierung bewirkt, und anschliessend eine Differenz- oder Verhältnisbildung erfolgt.The subject of the teaching according to the invention is known in principle or in parts Measuring arrangements to combine in a non-obvious way and in terms of Measurement accuracy to improve significantly, the problems mentioned in technical solved in an effective and simple manner and the above requirements for a detector for glucose to be measured in body fluids. The task at hand is solved according to the claims by a method in which a measuring beam from linear polarized light passed through a measuring cell, then through a beam splitter in two partial beams is broken down, the light intensity of both partial beams is measured and the Measurement signals, if necessary after suitable amplification, a signal processing are supplied, the intensity of the measuring beam being uniformly periodically periodically fluctuates, the signal of each sub-beam is fed to a multiplier, one of which causes a signal inversion, and then a difference or ratio formation he follows.

Zur Messung der Glukosegehalte in Körperflüssigkeiten wird einer Meßkammer mit Hilfe der Mikrodialyse kontinuierlich ein jeweils frisch ins Stoffgleichgewicht gebrachtes Dialysat der Gewebeflüssigkeit zugeführt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß man beispielsweise mindestens eine Wand der Meßküvette ein Diaphragma ist oder die zu messende Flüssigkeit über ein Pumpensystem mit Austauschstrecke, die durch ein Diaphragma von der zu messenden Lösung getrennt ist, der Meßküvette zugeführt wird. Ein so erhaltenes eiweißfreies Dialysat der Gewebsflüssigkeit verringert die Querempfindlichkeiten, da sämtliche Moleküle, die größer als die Trenngrenze der Dialysemembran sind und sich störend auswirken können, von der Membrane zurückgehalten werden.A measuring chamber is used to measure the glucose levels in body fluids Microdialysis continuously dialysate which has been brought into the substance balance Tissue fluid supplied. This can be done in such a way that, for example at least one wall of the measuring cell is a diaphragm or the one to be measured Liquid via a pump system with an exchange section which is separated by a diaphragm from the solution to be measured is separated, the measuring cell is supplied. One so preserved protein-free dialysate of the tissue fluid reduces cross-sensitivities because all molecules that are larger than the separation limit of the dialysis membrane and themselves can be disruptive, retained by the membrane.

Die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zur polarimetrischen Stoffde­ tektion besitzen gemeinsame prinzipielle Charakteristika: Die von Strahlungsquellen ausgehenden, modulierten, quasi monochromatischen elektromagnetischen Strahlen werden nach einem Durchgang durch die zu messende Probe durch einen geeigneten Strahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt und deren Intensitäten von in einem gewissen Wellenlängenband weitgehend wellenlängenunabhängigen Detektoren (z. B. Fotodioden) detektiert. Deren Ausgangssignale (Fotoströme) werden in Spannungen transformiert, eines der zwei Meßsignale invertiert und die beiden erhaltenen Meßsignale anschließend elektronisch zu einem hochstabilen Differenz- oder Quotientensignal verrechnet. Durch eine solche Differenz- oder Quotientenbildung werden Intensitätsschwankungen der Quellenstrahlung eliminiert. Vor allem aber sind die Differenz- oder Quotientensignale weiterhin moduliert, dadurch wird der zusätzliche Einsatz der bekannten "Lock-In"-Verstärkertechnik möglich. Damit ist eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit um einen Faktor von bis zu 103 gegenüber "herkömmlichen" elektronischen Verstärkermechanismen möglich.The refinements of the measurement method according to the invention for polarimetric substance detection have common basic characteristics: the modulated, quasi monochromatic electromagnetic rays emanating from radiation sources are divided into two partial beams after a passage through the sample to be measured by a suitable beam splitter and their intensities are in a certain wavelength band Detectors largely independent of wavelength (e.g. photodiodes) are detected. Their output signals (photocurrents) are transformed into voltages, one of the two measurement signals is inverted and the two measurement signals obtained are then electronically converted into a highly stable difference or quotient signal. Such a difference or quotient formation eliminates intensity fluctuations in the source radiation. Above all, however, the difference or quotient signals are still modulated, which means that the known "lock-in" amplifier technology can also be used. This enables a further increase in sensitivity by a factor of up to 10 3 compared to "conventional" electronic amplifier mechanisms.

Das optische Kernstück des polarimetrischen Stoffdetektions-Meßverfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus einer Lichtquelle (1), einer Meßküvette (3), durch die ein linear polarisierter Lichtstrahl verläuft, einem polari­ sierenden Strahlteiler (2), der den Strahl in zwei Teilstrahlen zerlegt, die jeweils orthogonale Komponente, den parallelen (p) bzw. den senkrechten (s) Anteil, enthalten, sowie zwei Det­ ektoren (5 und 6), die die Intensität der Teilstrahlen erfassen. An dieses Kernstück schließt sich noch eine elektronische Signalverarbeitung an.The optical core of the polarimetric substance detection measuring method and the corresponding devices is shown in Fig. 1 and consists of a light source ( 1 ), a measuring cell ( 3 ) through which a linearly polarized light beam runs, a polarizing beam splitter ( 2 ), the split the beam into two partial beams, each containing the orthogonal component, the parallel (p) and the vertical (s) component, and two detectors ( 5 and 6 ), which detect the intensity of the partial beams. This core piece is followed by electronic signal processing.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung dieser Stoffdetektions-Meßanordnung. Das Licht einer Strahlungsquelle (1, z. B. eine Laserdiode) wird linear polarisiert (4, z. B. Folienpolarisator) und durchstrahlt die Meßküvette (3), in deren Innerem sich das Meßgut befindet. Die Lichtintensität ist zeitlich sinusförmig moduliert:
 Fig. 2 shows an embodiment of this substance detection measuring arrangement according to the invention. The light from a radiation source ( 1 , e.g. a laser diode) is linearly polarized ( 4 , e.g. foil polarizer) and shines through the measuring cell ( 3 ), inside of which the material to be measured is located. The light intensity is modulated sinusoidally over time:

I(t) = I0 . sin(ω . t) + IK I (t) = I 0 . sin (ω. t) + I K

Dann durchdringt die durch das Meßgut modifizierte Quellenstrahlung einen optischen Strahlteiler (2), z. B. einen dielektrischen Strahlteilerwürfel, wobei dieses Bauteil einen Winkel β zwischen der Schwingungsebene des linear polarisierten Lichtes und einer Bezugsebene vorgibt. Diese Bezugsebene wird wie folgt festgelegt:
Der Polarisator (4) wird erfindungsgemäß vor der Meßküvette so angeordnet, daß im soge­ nannten abgeglichenen Zustand, d. h., wenn das Meßgut in der Meßküvette keinen Analyten enthält, die Intensitäten der beiden austretenden Teilstrahlen (p-Strahl und s-Strahl) den gleichen Wert an den Detektoren (5 und 6) besitzen. Dies ist unter anderem der Fall - und dient zur Definition der Bezugsebene - wenn die Schwingungsebene des austretenden p- Strahles parallel zur Bezugsebene und die Schwingungsebene des s-Strahles senkrecht zur Bezugsebene liegt, der Winkel β beträgt dann 45°. Die beiden nachfolgenden Strom- Spannungs-Wandler (7 und 8) transformieren die durch die Detektoren erzeugten Fotoströme in Spannungen und trennen gleichzeitig die Gleichspannungsanteile ab. Die beiden nachfolgenden Multiplizierer (9 und 10) sind ein weiteres wesentliches Merkmal der Anordnung. Einer der beiden Multiplizierer ist ein Signalinvertierer (Verstärkung um einen Faktor - n), der andere (Verstärkungsfaktor + n) dient lediglich zur Kompensation eventuell auftretender Signallaufzeiten im Invertierer, wobei es gleichgültig ist, welcher der beiden Ver­ stärker (9 oder 10) invertiert. Die beiden Ausgangsspannungen der Multiplizierer werden als Versorgungsspannungen einer WHEATSTONEschen Meßbrücke oder einer Spannungs­ teiler-Meß-Schaltung (11 und 12) verwendet, was ebenfalls ein weiteres wichtiges Merkmal der Vorrichtung ist. Im abgeglichenen Zustand, d. h. mit Meßgut ohne den zu detektierenden Stoff in der Meßküvette, ist die Meß-Spannung (Brücken- oder Spannungsteiler-Spannung UBr) null. Bei der Analyse ist die Brückenspannung ungleich null, da die Schwingungsebene des linear polarisierte Lichts beim Durchdringen des optisch aktiven Mediums eine Drehung um einen Winkel α erfährt (β → β - α) und sich die Intensität der Teilstrahlen an den beiden Detektoren entsprechend ändern. Dabei ist α die durch den Analyten bedingte Rotation der Schwingungsebene des Lichts. Die Brückenspannung wird durch einen "Lock-In"-Verstärker (13) erfaßt, dessen Ausgangssignal UGI an eine Meßwertverarbeitungseinheit (14, z. B. ein analoges oder digitales Anzeigeinstrument oder ein Computer) weitergeleitet wird.Then the source radiation modified by the material to be measured penetrates an optical beam splitter ( 2 ), e.g. B. a dielectric beam splitter cube, this component specifying an angle β between the plane of vibration of the linearly polarized light and a reference plane. This reference level is determined as follows:
According to the invention, the polarizer ( 4 ) is arranged in front of the measuring cell in such a way that in the so-called balanced state, ie if the sample in the measuring cell contains no analyte, the intensities of the two emerging partial beams (p-beam and s-beam) have the same value on the detectors ( 5 and 6 ). This is the case, among other things - and serves to define the reference plane - if the vibration plane of the emerging p-ray is parallel to the reference plane and the vibration plane of the s-ray is perpendicular to the reference plane, the angle β is then 45 °. The two subsequent current-voltage converters ( 7 and 8 ) transform the photo currents generated by the detectors into voltages and at the same time separate the DC voltage components. The two subsequent multipliers ( 9 and 10 ) are a further essential feature of the arrangement. One of the two multipliers is a signal inverter (gain by a factor - n), the other (gain factor + n) only serves to compensate for any signal propagation times that may occur in the inverter, it being irrelevant which of the two converters ( 9 or 10 ) inverts. The two output voltages of the multipliers are used as supply voltages for a WHEATSTONE measuring bridge or a voltage divider measuring circuit ( 11 and 12 ), which is also another important feature of the device. In the balanced state, ie with the material to be measured without the substance to be detected in the measuring cell, the measuring voltage (bridge or voltage divider voltage U Br ) is zero. In the analysis, the bridge voltage is not equal to zero, since the plane of oscillation of the linearly polarized light undergoes a rotation by an angle α (β → β - α) as it penetrates the optically active medium and the intensity of the partial beams on the two detectors change accordingly. Here, α is the rotation of the plane of vibration of the light caused by the analyte. The bridge voltage is detected by a "lock-in" amplifier ( 13 ), the output signal U GI of which is forwarded to a measured value processing unit ( 14 , for example an analog or digital display instrument or a computer).

Es gilt:
The following applies:

UGI = (2/π) . (1 - 2 . sin2(β - α)) . n . v . U0 U GI = (2 / π). (1 - 2. Sin 2 (β - α)). n. v. U 0

Dabei ist v die Signal-Verstärkung (der Verstärkungsfaktor) des "Lock-In"-Verstärkers. Die Empfindlichkeit dieses Endsignals der Meßanordnung ist die erste Ableitung nach dem der Konzentration des Analyten direkt proportionalen Rotationswinkel α.
Here v is the signal gain (the gain factor) of the "lock-in" amplifier. The sensitivity of this end signal of the measuring arrangement is the first derivative after the rotation angle α which is directly proportional to the concentration of the analyte.

dUGI/dα = (8/π) . sin(β - α) . cos(β - α) . n . v . U0 dU GI / dα = (8 / π). sin (β - α). cos (β - α). n. v. U 0

Sie ist zum einen von der Quellenintensität der Strahlungsquelle, zum anderen von den Verstärkungsfaktoren n und v sowie den Werten der Winkelfunktionen abhängig und somit einstellbar. It depends on the one hand on the source intensity of the radiation source and on the other hand on the Gain factors n and v as well as the values of the angular functions are dependent and thus adjustable.  

Der erzielte Vorteil der erfindungsgemäßen Meßanordnung liegt im einfachen und sym­ metrischen Aufbau, der Intensitätsschwankungen der Quelle vollständig eliminiert. Darüber hinaus sind, anders als bei der "herkömmlichen" Polarimetrie, sowohl der parallele als auch der senkrechte Anteil des linear polarisierten Lichts im gleichen Maße an der Signaländerung - die durch Drehung der Schwingungsebene hervorgerufen wird - beteiligt. Das Ausgangs­ signal ist unabhängig von einer Absorption des Lichtes durch das Meßgut. Wie bereits be­ schrieben, wird auch hier durch den anschließenden Einsatz der "Lock-In"-Verstärkertechnik zusätzlich eine deutliche Erhöhung der Empfindlichkeit erreicht.The advantage achieved by the measuring arrangement according to the invention lies in the simple and sym metric structure that completely eliminates source intensity fluctuations. About that In addition, unlike "conventional" polarimetry, both parallel and the perpendicular part of the linearly polarized light to the same extent in the signal change - which is caused by rotation of the plane of vibration - involved. The exit signal is independent of absorption of the light by the material being measured. As already be is also written here through the subsequent use of the "lock-in" amplifier technology additionally achieved a significant increase in sensitivity.

Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der polarimetrischen Meßanordnung, wobei hier zwei Strahlungsquellen gleicher oder unterschiedlicher Wellenlänge (1a und 1b) eingesetzt werden. Dabei besitzen die quasi monochromatischen, im zeitlichen Verlauf ihrer Intensitäten sinusförmig modulierten Strahlungen (z. B. von Laserdioden) eine unveränder­ liche Phasenverschiebung von 180° (= π). Anteile beider Strahlungen werden in einem optischen Element (16), z. B. einem dielektrischen Strahlteilerwürfel, zu einem Strahl vereinigt, indem die beiden Strahlen von den beiden Strahlungsquellen "retrograd" in das Strahlteilerprisma eingestrahlt werden. Der vereinte Strahl enthält orthogonale Komponenten die insbesondere weiterhin zueinander definiert phasenverschoben sind. Beide Komponenten werden im abgeglichenen Zustand, d. h., wenn das Meßgut in der Küvette keinen Analyten enthält, in je einen Winkel (β1 und β2) von 45° zur Bezugsebene des zweiten, nach der Küvette (3) angeordneten Strahlteilers (2) ausgerichtet, als Bezugsebene wird wiederum die Schwingungsebene des den Analysator (2) verlassenden p-Strahles festgelegt - dies verdeutlicht Fig. 4, wobei der Strahl als senkrecht aus der Blattebene heraustretend vorzustellen ist. Um die Empfindlichkeit der Anordnung theoretisch (mathematisch) zumindest abschätzen zu können, wird nachfolgend statt der realen sinus­ förmigen Modulation als Modell eine Rechteckmodulation parallel in Klammern ausgeführt. Bei dieser Rechteckmodulation gibt es nur zwei Phasen (Phase 1 = "ein": die Strahlungs­ quelle ist eingeschaltet, Phase 2 = "aus": die Strahlungsquelle ist ausgeschaltet) die zeitlich gleich lang (d. h. jeweils halbe Periodendauer) gewählt sind. Im abgeglichenen Zustand, d. h. mit Meßgut ohne den zu detektierenden Stoff im Inneren der Meßküvette (3), durchdringt der vereinte Strahl die Meßküvette und trifft auf den nachfolgenden Strahlteiler (2). Somit ergibt sich, daß die Intensitäten der p- und s-Komponente an ihren Detektoren (5 und 6) gleich groß sind. Die beiden nachfolgenden Strom-Spannungs-Wandler (7 und 8) transformieren die durch die Detektoren erzeugten Fotoströme in Spannungen, diese sind die Eingangssignale eines Verhältnisbildners (15). Im abgeglichenen Zustand ist die Meß- Spannung (Verhältnisbilder-Ausgangsspannung U(t)) konstant. Während einer Analyse (die Schwingungsebenen der linear polarisierten Teilstrahlen werden dabei gedreht) ändern sich die Winkel (β1 → β1 + α und β2 → β2 - α) zwischen der Bezugsebene und den Schwin­ gungsebenen der Teilstrahlen. Das zeitlich modulierte Quotientensignal wird auf den Eingang eines "Lock-In"-Verstärker (13) gegeben, dessen Ausgangssignal UGI an eine Meßwertverarbeitungseinheit (14) weitergeleitet wird. Es gilt:
 FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the polarimetric measuring arrangement, two radiation sources of the same or different wavelengths ( 1 a and 1 b) being used here. The quasi monochromatic radiation, which is modulated sinusoidally over the course of their intensities (e.g. from laser diodes), has an invariable phase shift of 180 ° (= π). Portions of both radiations are in an optical element ( 16 ), for. B. a dielectric beam splitter cube, combined into one beam by the two beams from the two radiation sources are "retrograde" irradiated into the beam splitter prism. The combined beam contains orthogonal components which, in particular, continue to be phase-shifted with respect to one another. Both components are aligned in the balanced state, ie if the sample in the cuvette contains no analyte, at an angle (β 1 and β 2 ) of 45 ° to the reference plane of the second beam splitter ( 2 ) arranged after the cuvette ( 3 ) , The vibration plane of the p-beam leaving the analyzer ( 2 ) is again determined as the reference plane - this is illustrated in FIG. 4, the beam being to be presented as emerging vertically from the sheet plane. In order to be able to theoretically (mathematically) at least estimate the sensitivity of the arrangement, instead of real sinusoidal modulation, a rectangular modulation is subsequently carried out in parallel in brackets. With this rectangular modulation there are only two phases (phase 1 = "on": the radiation source is switched on, phase 2 = "off": the radiation source is switched off) which are selected to be of the same time (ie half the period). In the balanced state, ie with material to be measured without the substance to be detected inside the measuring cell ( 3 ), the combined beam penetrates the measuring cell and strikes the beam splitter ( 2 ) below. It thus follows that the intensities of the p and s components on their detectors ( 5 and 6 ) are the same. The two subsequent current-voltage converters ( 7 and 8 ) transform the photo currents generated by the detectors into voltages, these are the input signals of a ratio generator ( 15 ). In the balanced state, the measuring voltage (ratio picture output voltage U (t)) is constant. During an analysis (the vibration planes of the linearly polarized partial beams are rotated), the angles (β 1 → β 1 + α and β 2 → β 2 - α) change between the reference plane and the oscillation planes of the partial beams. The time-modulated quotient signal is applied to the input of a "lock-in" amplifier ( 13 ), the output signal U GI of which is passed on to a measured value processing unit ( 14 ). The following applies:

Mathematisch kann keine geschlossene Form für dieses Integral gefunden werden.Mathematically no closed form can be found for this integral.

v ist die Signal-Verstärkung (Verstärkungsfaktor des "Lock-In"-Verstärkers). Die Empfind­ lichkeit des Endsignals der Meßanordnung ist die erste Ableitung dieser Funktion nach dem der Konzentration des Analyten direkt proportionalen Rotationswinkel α:
v is the signal gain (gain factor of the "lock-in" amplifier). The sensitivity of the end signal of the measuring arrangement is the first derivative of this function after the rotation angle α, which is directly proportional to the concentration of the analyte:

(dUGI/dα = {[cos(β2 - α)/sin3(β2 - α)] - [sin(β2 - α)/cos3(β2 - α)]} . v)(dU GI / dα = {[cos (β 2 - α) / sin 3 (β 2 - α)] - [sin (β 2 - α) / cos 3 (β 2 - α)]}. v)

Die Empfindlichkeit ist nur vom Verstärkungsfaktor v abhängig und kann somit frei gewählt werden. Lediglich das Signal-Rausch-Verhältnis der Signaldetektion und Signalverarbeitung begrenzt sie.The sensitivity is only dependent on the gain factor v and can therefore be chosen freely become. Only the signal-to-noise ratio of the signal detection and signal processing limits them.

Der erzielbare Vorteil der erfindungsgemäßen Meßanordnung liegt im einfachen und sym­ metrischen Aufbau. Durch den Einsatz des Verhältnisbildners werden Intensitätsschwankun­ gen der Quellenstrahlungen eliminiert. Darüber hinaus erhöht sich die optische Verstärkung durch Verwendung zweier Lichtquellen, da sowohl der parallele, als auch der senkrechte Teilstrahl beider Strahlungsquellen im gleichen Maße an der Signaländerung (Differenz­ signal) - die durch Drehung der Schwingungsebene hervorgerufen wird - beteiligt sind. Wie bereits beschrieben, wird durch den anschließenden Einsatz der "Lock-In"-Verstärkertechnik zusätzlich eine deutliche Erhöhung der Empfindlichkeit erreicht.The achievable advantage of the measuring arrangement according to the invention lies in the simple and sym metric structure. Through the use of the ratio generator, intensity fluctuations become against the source radiation. In addition, the optical amplification increases by using two light sources, since both the parallel and the vertical Partial beam of both radiation sources to the same extent on the signal change (difference signal) - which is caused by rotation of the plane of vibration - are involved. How  already described, is subsequently used by the "lock-in" amplifier technology additionally achieved a significant increase in sensitivity.

Um die erzielte Empfindlichkeit noch weiter zu erhöhen, kann für die Zusammenführung der Quellenstrahlungen als optisches Element (16, siehe Fig. 3), anstelle eines Strahlteilers ein Glasprisma (24) verwendet werden, wie dies Fig. 5 zeigt. Dabei trifft jeweils der linear polarisierte Strahl der Strahlungsquellen (1a und 1b), z. B. aus Laserdioden, unter einem Winkel γ - dies ist der Winkel zwischen der Flächennormalen der reflektierenden Fläche und dem einfallenden Strahl - auf eine der beiden Flächen direkt an der Spitze, so daß die beiden reflektierten Teilstrahlen parallel nebeneinander, quasi vereint, die nachfolgende Meßküvette (3) durchdringen. Mit dem Winkel γ kann die Lage der Schwingungsebene des reflektierten linear polarisierten Lichts zu einer Bezugsebene frei eingestellt werden. Dabei sollte der Einfallswinkel γ über dem Brewsterwinkel γp liegen, um möglichst wenig Intensität durch Brechung am Luft-Glas-Übergang zu verlieren. Beide Teilstrahlintensitäten sind sowohl sinusförmig moduliert, als auch zeitlich "starr" um π phasenverschoben. Die Schwing­ ungsebenen liegen in einer bevorzugten Ausgestaltung bei einem Winkel (β1 = β2) nahe bei 0° (Fig. 4). Um wiederum die Empfindlichkeit der Anordnung berechnen und vergleichen zu können, wird als Modell eine Rechteckmodulation parallel durchgeführt. Im weiteren ist diese Rechnung in Klammern dargestellt. Dabei gelten wie in der vorherigen Vorrichtung folgendes: Jede Strahlungsquelle besitzt zwei Phasen (Phase 1 = "ein": die Strahlungsquelle ist eingeschaltet, Phase 2 = "aus": die Strahlungsquelle ist ausgeschaltet), die zeitlich gleich lang (d. h. jeweils halbe Periodendauer) sind. Die beiden Strom-Spannungs-Wandler (7 und 8) transformieren die durch die Detektoren (5 und 6) erzeugten Fotostrome in Spannungen, die direkt auf die Eingänge eines Verhältnisbildners (15) gegeben werden. Im abgeglichenen Zustand, d. h. ohne den zu detektierenden Stoff in der Meßküvette, ist die Meß-Spannung (Verhältnisbilder-Ausgangsspannung U(t)) konstant. Während der Analyse ändern sich die Winkel (β1 → β1 + α und β2 → β2 - α) zwischen Bezugsebene und den Schwingungsebenen der Teilstrahlen. Dieses Ausgangssignal des Verhältnisbildners wird auf den Eingang eines "Lock-In"-Verstärkers (13) gegeben, dessen Ausgangssignal UGI an eine Meßwertverarbei­ tungseinheit (14) weitergeleitet wird.In order to further increase the sensitivity achieved, a glass prism ( 24 ) can be used instead of a beam splitter for the combination of the source radiation as an optical element ( 16 , see FIG. 3), as shown in FIG. 5. The linearly polarized beam of the radiation sources ( 1 a and 1 b), z. B. from laser diodes, at an angle γ - this is the angle between the surface normal of the reflecting surface and the incident beam - on one of the two surfaces directly at the tip, so that the two reflected partial beams parallel to each other, quasi united, the subsequent measuring cell ( 3 ) penetrate. The angle γ allows the position of the plane of vibration of the reflected linearly polarized light to be set freely with respect to a reference plane. The angle of incidence γ should be above the Brewster angle γ p in order to lose as little intensity as possible due to refraction at the air-glass transition. Both partial beam intensities are both sinusoidally modulated and "rigid" in time by π out of phase. In a preferred embodiment, the vibration planes are at an angle (β 1 = β 2 ) close to 0 ° ( FIG. 4). In order to be able to calculate and compare the sensitivity of the arrangement, a rectangular modulation is carried out in parallel as a model. This calculation is shown in brackets below. As in the previous device, the following applies: each radiation source has two phases (phase 1 = "on": the radiation source is switched on, phase 2 = "off": the radiation source is switched off), which are of the same length of time (ie half the period) are. The two current-voltage converters ( 7 and 8 ) transform the photocurrents generated by the detectors ( 5 and 6 ) into voltages which are passed directly to the inputs of a ratio generator (15). In the balanced state, ie without the substance to be detected in the measuring cell, the measuring voltage (ratio image output voltage U (t)) is constant. During the analysis, the angles (β 1 → β 1 + α and β 2 → β 2 - α) change between the reference plane and the vibration planes of the partial beams. This output signal of the ratio generator is given to the input of a "lock-in" amplifier ( 13 ), whose output signal U GI is forwarded to a measurement processing unit ( 14 ).

Es gilt:
The following applies:

Mathematisch kann keine geschlossene Form für dieses Integral gefunden werden
Mathematically no closed form can be found for this integral

v ist die Signal-Verstärkung des "Lock-In"-Verstärkers. Die Empfindlichkeit des Endsignals der Meßanordnung ist die erste Ableitung dieser Funktion nach dem der Konzentration des Analyten direkt proportionalen Rotationswinkel α:
v is the signal gain of the "lock-in" amplifier. The sensitivity of the end signal of the measuring arrangement is the first derivative of this function after the rotation angle α, which is directly proportional to the concentration of the analyte:

(dUGI/dα = -(Up,0/Us,0) . ([cos(β2 + α)/sin3(β2 + α)] + [cos(β2 - α)/sin3(β2 - α)]) . v)(dU GI / dα = - (U p, 0 / U s, 0 ). ([cos (β 2 + α) / sin 3 (β 2 + α)] + [cos (β 2 - α) / sin 3 (β 2 - α)]). v)

Sie ist zum einen durch den Verstärkungsfaktor v und dem Verhältnis Up,0/Us,0 - somit abhängig von der Lage der Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts - zum andern, durch die Werte der Winkelfunktionen (β2) einstellbar. Sie wird nur vom Signal-Rausch- Verhältnis der Intensitätsdetektionen und der Signalverarbeitung begrenzt.It is adjustable on the one hand by the gain factor v and the ratio U p, 0 / U s, 0 - thus depending on the position of the plane of vibration of the linearly polarized light - and on the other hand by the values of the angular functions (β 2 ). It is only limited by the signal-to-noise ratio of the intensity detections and the signal processing.

Die gemäß Fig. 3 und 5 beschriebenen Meßanordnungen können erfindungsgemäß weiter modifiziert werden. Anstelle des Verhältnisbildners (15) können wiederum, wie für die in Fig. 2 schematisch gezeigte Anordnung, zwei Multiplizierer mit der Verstärkung n bzw. -n mit anschließender WHEATSTONEsche Meßbrücke oder Spannungsteiler-Meßschaltung eingesetzt werden. Die Übertragung der theoretischen Lösungsform unter Einsatz von Multiplizierer und WHEATSTONEsche Meßbrücke oder Spannungsteiler-Meßschaltung liegt im Wissensbereich des Fachmanns.Which according to FIG. 3 and described measuring arrangements 5 may be further modified according to the invention. Instead of the ratio generator ( 15 ), two multipliers with the gain n or -n followed by a WHEATSTONE measuring bridge or voltage divider measuring circuit can again be used, as for the arrangement shown schematically in FIG. 2. The transfer of the theoretical solution using multipliers and WHEATSTONE measuring bridge or voltage divider measuring circuit is within the knowledge of the person skilled in the art.

Die dargestellten Vorrichtungen erfüllen alle oben erwähnten Erfordernisse an eine einfache miniaturisierbare und empfindliche Meßanordnung, die sehr kleine Konzentrationen und Konzentrationsänderungen erfassen kann, wie sie vor allem auch für die Detektion der Glukose in den Körperwässern notwendig sind.The devices shown meet all of the simple requirements mentioned above miniaturizable and sensitive measuring arrangement, the very small concentrations and Concentration changes can be detected, as they are especially for the detection of Glucose in the body waters are necessary.

Eine zur beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen verwendete Vorrichtung ist in der Fig. 6 schematisch dargestellt. Sie zeigt das Schema einer Anordnung von Komponenten gemäß der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung. Die Strahlungsquellen (1a und 1b) waren Laserdioden ("DL-3038-023", LASER GRAPHICS, Kleinostheim) mit einer Wellenlänge von 635 nm und einer optischen Ausgangsleistung von max 3 mW. Beide Strahlungsquellen wurden jeweils von einer Stromquelle (20 und 21: "LDC 220", PROFILE, Karlsfeld) versorgt, deren Versorgungsströme durch zwei Funktionsgeneratoren (22 und 23: "HM 8131-2", HAMEG, Frankfurt am Main) einen sinusförmigen Verlauf aufgeprägt bekamen. Die Strahlungen der Laserdioden wurden gemäß der Beschreibung zur Verfahren gemäß Fig. 3 in einen polarisierenden Strahlteilerwürfels (16: "05FC16PB.3", NEWPORT, Darmstadt) geleitet, und so ein gemeinsamer Strahl erzeugt. Dieser vereinte Strahl durchdrang die nachfolgende Küvette (3: "100-QS", HELLMA, Müllheim) mit einer Weglänge von 10 mm und traf auf den Strahlteiler (2: "Glan-Laser-Polarisatorprisma", LINOS, Göttingen) der den vereinten Strahl wieder in zwei Teilstrahlen zerlegte. Als Detektoren (5 und 6) dienten zwei Si-Fotodioden ("S 2386-5K", HAMAMATSU, Herrsching), deren Fotoströme durch nachgeschaltete Stromverstärker (7 und 8: "DLPCA-100", FEMTO, Berlin) verstärkt wurden. Die Ausgangssignale der Stromverstärker bildeten die Eingänge eines Verhältnisbildners (15: "193", EG, München). Dessen Quotientensignal wurde von einem "Lock-In"-Verstärker (13: "LIA-MV-150", FEMTO, Berlin) erfaßt und dessen Ausgangssignal schließlich von einem Oszilloskop (19: "Digital-Speicher-Oszilloskop 9304", LE CROY, Heidelberg) anzeigt.A device used for exemplary implementation of the device according to the invention is shown schematically in FIG. 6. It shows the diagram of an arrangement of components according to the device shown in FIG. 3. The radiation sources ( 1 a and 1 b) were laser diodes ("DL-3038-023", LASER GRAPHICS, Kleinostheim) with a wavelength of 635 nm and an optical output power of max. 3 mW. Both radiation sources were each supplied by a current source ( 20 and 21 : "LDC 220", PROFILE, Karlsfeld), the supply currents of which were shaped by two function generators ( 22 and 23 : "HM 8131-2", HAMEG, Frankfurt am Main) got. The radiations of the laser diodes were conducted according to the description of the method according to FIG. 3 into a polarizing beam splitter cube ( 16 : "05FC16PB.3", NEWPORT, Darmstadt), and a common beam was thus generated. This combined beam penetrated the subsequent cuvette ( 3 : "100-QS", HELLMA, Müllheim) with a path length of 10 mm and hit the beam splitter ( 2 : "Glan Laser Polarizer Prism", LINOS, Göttingen) of the combined beam again split into two beams. Two Si photodiodes ("S 2386-5K", HAMAMATSU, Herrsching) were used as detectors ( 5 and 6 ), the photo currents of which were amplified by downstream current amplifiers ( 7 and 8 : "DLPCA-100", FEMTO, Berlin). The output signals of the current amplifiers formed the inputs of a ratio generator ( 15 : "193", EG, Munich). Its quotient signal was recorded by a "lock-in" amplifier ( 13 : "LIA-MV-150", FEMTO, Berlin) and its output signal was finally recorded by an oscilloscope ( 19 : "digital storage oscilloscope 9304", LE CROY, Heidelberg) displays.

Diese beispielhafte Vorrichtung ergab sehr genaue Meßergebnisse auch für Meßgut mit sehr geringer Konzentration des zu analysierenden optisch aktiven Stoffes. Fig. 7 zeigt eine mit der Vorrichtung erstellte Eichkurve für D(+)-Glukose. Aus der Messung ergibt sich für eine Konzentration von 100 mg/dL im Bereich der Eichkurve ein absoluter Fehler von etwa 6 mg/dL.This exemplary device gave very precise measurement results even for material to be measured with a very low concentration of the optically active substance to be analyzed. Fig. 7 shows a created with the device calibration curve of D (+) - glucose. For a concentration of 100 mg / dL in the area of the calibration curve, the measurement results in an absolute error of about 6 mg / dL.

Dieser Fehler kann durch eine Verlängerung des optischen Weges, auch in einer sogenannten "kompakten" Form noch um mindestens eine Größenordnung verringert werden.This error can be caused by extending the optical path, even in a so-called "compact" shape be reduced by at least one order of magnitude.

Claims (17)

1. Verfahren zur langzeitstabilen und gut reproduzierbaren polarimetrischen Messung der Konzentrationen der Bestandteile wässriger Lösungen, insbesondere auch Dialysaten interstitieller Gewebeflüssigkeiten, bei dem ein Meßstrahl aus linear polarisiertem Licht durch eine Meßküvette geleitet, anschließend durch einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, die Lichtintensität beider Teilstrahlen gemessen und die Meßsignale, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung, einer Signalverarbeitung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Meßstrahls zeitlich gleichförmig periodisch schwankt, das Signal jedes Teilstahls einem Multiplizierer zugeführt wird, von denen einer eine Signalinvertierung bewirkt, und anschliessend eine Differenz- oder Verhältnisbildung erfolgt.1. A method for long-term stable and reproducible polarimetric measurement of the concentrations of the components of aqueous solutions, especially dialysates of interstitial tissue fluids, in which a measuring beam of linearly polarized light is passed through a measuring cell, then broken down into two partial beams by a beam splitter, the light intensity of both partial beams measured and the measurement signals, optionally after suitable amplification, are fed to signal processing, characterized in that the intensity of the measurement beam fluctuates periodically uniformly periodically, the signal of each partial steel is fed to a multiplier, one of which causes a signal inversion, and then a difference or Relationship formation takes place. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl aus zwei überlagerten Einzelstrahlen gebildet wird, deren Intensitäten mit einer zeitlichen Differenz von einer halben Phasendauer (180°) schwanken und die Summen der Intensitäten der gleich gerichteten Teilstrahlen zeitlich konstant sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the measuring beam from two superimposed individual beams is formed, their intensities with a time difference fluctuate by half a phase duration (180 °) and the sum of the intensities of the rectified partial beams are constant over time. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Schwingungsebenen der Meßstrahlen so gewählt sind, daß ohne eine optisch aktive Substanz in der Messküvette jeweils die Intensitäten der gleich gerichteten Teilstrahlen gleich groß sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the location of the Vibration planes of the measuring beams are chosen so that without an optically active Substance in the measuring cuvette is the intensity of the partial beams of the same direction are the same size. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenz- oder Verhältnissignal demoduliert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Difference or ratio signal is demodulated. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einer Lichtquelle (1) mit linear polarisiertem, in der Intensität zeitlich gleichförmig schwankendem Licht, einer im Meßstrahl angeordneten Meßküvette (3), einem Strahlteiler (2), dahinter in den Strahlengängen der erzeugte Teilstrahlen angeordneten Detektoren (5 und 6) zur Messung der Lichtintensität der Teilstrahlen und Umwandlung in elektrische Signale, den Detektoren (5 und 6) nachgeordneten Strom-Spannungs- Wandlern (7 und 8) und Multiplizierern (9 und 10) sowie einer Signalverarbeitungs- und -auswertungsvorrichtung. 5. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, consisting of a light source ( 1 ) with linearly polarized light which fluctuates uniformly in time, an arranged in the measuring beam measuring cell ( 3 ), a beam splitter ( 2 ), behind detectors ( 5 and 6 ) arranged in the beam paths of the generated partial beams for measuring the light intensity of the partial beams and converting them into electrical signals, current-voltage converters ( 7 and 8 ) downstream of the detectors ( 5 and 6 ) and multipliers ( 9 and 10 ) and a signal processing and evaluation device. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung aus einer Spannungsteiler-Meßschaltung als Signal- Differenzbildner besteht.6. The device according to claim 5, characterized in that the Signal processing device from a voltage divider measuring circuit as a signal Difference former exists. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung aus einer Wheatstonschen Meßbrücke (11 und 12) als Signal-Differenzbildner besteht.7. The device according to claim 5, characterized in that the signal processing device consists of a Wheatston measuring bridge ( 11 and 12 ) as a signal difference. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung aus einem Signal-Verhältnisbildner besteht.8. The device according to claim 5, characterized in that the Signal processing device consists of a signal relationship. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) aus zwei Lichtquellen (1a und 1b) besteht, deren Strahlen mittels geeigneter optischer Bauteile zu einem Strahl vereinigt werden.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the light source ( 1 ) consists of two light sources ( 1 a and 1 b), the beams of which are combined into a beam by means of suitable optical components. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geeigneten optischen Bauteile, die die Einzelstrahlen in einen Strahl vereinen, dielektrische Strahlteiler (16) oder optische Prismen (24) sind.10. The device according to claim 9, characterized in that the suitable optical components, which combine the individual beams in one beam, are dielectric beam splitters ( 16 ) or optical prisms ( 24 ). 11. Vorrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenz- oder Verhältnissignal einem Demodulator zugeführt wird.11. The device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the Differential or ratio signal is supplied to a demodulator. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Signalverarbeitungsvorrichtung ein "Lock-In"-Verstärker (13) und eine Meßwertverarbei­ tungseinheit (14) angeordnet sind.12. The device according to one of claims 5 to 11, characterized in that a "lock-in" amplifier ( 13 ) and a measured value processing unit ( 14 ) are arranged behind the signal processing device. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertverarbei­ tungseinheit (14) aus einem Mikrocomputer und einem visuellen Anzeigegerät besteht13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the measurement processing unit ( 14 ) consists of a microcomputer and a visual display device 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertverar­ beitungseinheit (14) aus einem Mikrocomputer mit einer bidirektionalen telemetrischen Übertragungseinheit besteht.14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the Meßwertverar processing unit ( 14 ) consists of a microcomputer with a bidirectional telemetric transmission unit. 15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 14 zur Messung von Verfahrensparametern oder zur Überwachung und Regelung von Verfahrensabläufen, insbesondere in chemischen Produktionsverfahren. 15. Use of the device according to one of claims 5 to 14 for measuring Process parameters or for monitoring and regulating process flows, especially in chemical production processes.   16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14 in Mikroreaktoren.16. Use of the device according to one of claims 5 to 14 in microreactors. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie in miniaturisierter Bauweise Verwendung als implantierbarer Glukosesensor findet.17. The device according to one of claims 5 to 14, characterized in that it in miniaturized design is used as an implantable glucose sensor.
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