WO1992010740A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen messung der konzentration einer chemischen spezies - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen messung der konzentration einer chemischen spezies Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the continuous and reversible measurement of the concentration of a chemical species with the aid of a fluorescence-optical indicator substance.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to provide a measuring device or a measuring method. propose, which combines the advantages of the decay time measurement with the technical advantages of the intensity measurement when using fluorescence-optical indicator substances.
  • the indicator substance is excited with polarized excitation radiation of a wavelength corresponding to the absorption of the indicator substance, that the intensity of the fluorescent radiation of the indicator substance is measured in two mutually normal polarization directions, that from the ratio of the intensities obtained the fluorescence anisotropy of the radiation is measured and the concentration of the chemical species is determined therefrom with the aid of a previously determined calibration curve.
  • the depolarization of the fluorescent radiation of an indicator which is dependent on the concentration of the chemical species, is used for the measurement.
  • Fluorescence depolarization is to be understood as the fact that after excitation of a molecule with radiation of a certain polarization direction, the. emitted fluorescence also contains radiation of the normal polarization component. The reason for this is the thermal movement of the molecules, which leads to the spatial direction of the excited molecular dipole changing during the decay time ⁇ of the excited state.
  • the fluorescence anisotropy r is defined as
  • the fluorescence anisotropy r has the following dependence on the decay time r of the excited state:
  • a prerequisite for the use of this measurement method is the use of media with low light scatter as a matrix for the indicator, since light scatter falsifies the anisotropy values.
  • a variant of the measuring method according to the invention therefore provides that a fluorescence indicator is used to measure the concentration of the chemical species, the fluorescence of which is quenched dynamically by the species to be measured, which shortens the fluorescence decay time T of the dye and the fluorescence anisotropy r according to equation (4 ) is reduced.
  • Efficient dynamic quenching of the fluorescence of organic fluorophores occurs when their fluorescence decay time is long (to> 100 ns). In order to achieve anisotropy sensitivity that is sufficient for sensor purposes, the time required for the rotation of the molecule must not be shorter.
  • V volume of the indicator molecules (cultivation of large side groups) or by a high microviscosity in the environment of the indicator.
  • Dynamic quenching takes place, for example, through oxygen, various anesthetic gases (eg halothane), halogenated hydrocarbons, halide and pseudohalide ions, sulfur dioxide, etc.
  • f (pH) means a function to be determined empirically. With this relationship there is a pH dependence of the anisotropy
  • a further embodiment of the invention therefore provides that a fluorescence indicator is used to measure the concentration of hydronium ions (pH measurement), the fluorescence decay time T of which is influenced by the concentration of the hydronium ions (by the pH value), as a result of which the luminescence anisotropy r changes according to equation (6).
  • a fluorescent dye with a pH-dependent fluorescence decay time serves as an indicator, for example acridine, salicylic aldehyde, indole-3-acetic acid, 9 (10H) -acridinone, 2-naphthol, etc.
  • a matrix material of low viscosity for example a hydrogel.
  • the measuring method according to the invention is also suitable for determining the concentration of, for example, potassium, sodium, lithium.
  • Indicator molecules to which the ions in question bind with high selectivity for example crown ether derivatives
  • the hydrodynamic volume of the indicator molecule changes as a result of the binding. Depending on the prevailing ion concentration, different proportions of the total number of indicator molecules present are present. If the hydrodynamic volume of the unbound indicator is designated as V 0 and that of the bound indicator as V j -, then the effective hydrodynamic volume applies
  • Another embodiment of the invention provides that a fluorescence indicator is used to measure the concentration of cations, the hydrodynamic volume V of which changes with the binding of the cations to be measured, as a result of which the fluorescence anisotropy r changes in accordance with equation (8).
  • the anisotropy depends not only on the properties of the indicator (fluorescence decay time, hydrodynamic molecular volume), but also on the microviscosity n of the surrounding matrix. This fact can be used e.g. to measure the viscosity of cell membranes. The microviscosity of a given matrix can in turn depend on the concentration of a certain chemical species S. Then it applies
  • n Q is the microviscosity in the absence of species S and f [S] is an empirically determined function. This then results for an indicator with a constant fluorescence decay time ⁇ 0
  • a fluorescence indicator present in a matrix substance can be used to measure the concentration of a chemical species in a sample, the fluorescence decay time of which is not influenced by the chemical species, but whose matrix substance depends on the concentration of the chemical species Micro viscosity n changes, whereby the fluorescence anisotropy r changes according to equation (10).
  • One process that can change the viscosity n of a matrix is e.g. swelling by including e.g. a liquid.
  • the specified measurement method is thus also usable for sensors of the kind which are of particular importance in environmental measurement technology.
  • the chemical species can also be water.
  • the indicator serves e.g. a hydrophobic dye molecule which does not interact with water to change the photophysical properties, e.g. a rhodamine.
  • the matrix used is e.g. PVC with plasticizer, which is known to have a state of swelling that depends on the water content.
  • a device for the continuous and reversible measurement of the concentration of a chemical species, with a fluorescent optical indicator substance that is at least indirectly in contact with the chemical species, which is possibly dissolved or immobilized in a matrix substance, with a radiation source for providing the excitation radiation, a measuring device for Detection of the fluorescence radiation as well as an evaluation device are provided for carrying out the measuring method according to the invention, in its simplest execution it is distinguished by the fact that a polarization filter is arranged between the radiation source and the indicator substance.
  • the measuring device for detecting the fluorescence radiation has two detectors, which are connected upstream of normal polarization filters, and that the signal outputs of the two detectors are connected to the evaluation unit in which the calibration functions required for determining the concentration are stored.
  • the measuring device prefferably has only one detector with an upstream polarization filter which can be switched into two positions which are normal to one another, the signal output of the detector being connected to the evaluation unit.
  • Fig. 1 shows a device according to the invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of this.
  • An advantageous embodiment of the invention is to be illustrated using the example of an oxygen sensor in FIG. 1.
  • An indicator known per se for example an organic rudenium complex, pyrenebutyric acid or a polycyclic aromatic, is used.
  • the indicator I is dissolved or immobilized in a transparent, non-scattering carrier material or matrix substance T of high viscosity (for example a polymer).
  • the excitation takes place with a light source L of a suitable wavelength (for example light-emitting diode, laser or lamp with narrow-band filter).
  • the excitation light is linearly polarized by a polarization filter P ⁇ .
  • the fluorescence radiation is registered by two detectors D 1 # D (photodiodes) of the measuring device M, in front of which there are polarization filters P, P3, one of which is oriented in parallel P and the other normal P 3 to the direction of polarization of the excitation light.
  • the oxygen concentration is determined by comparison with a stored calibration curve and displayed digitally. Any filters in the beam path for separating excitation and fluorescent radiation are designated F ⁇ to F 3 .
  • the measuring device M has only one detector O j ⁇ with a polarization filter P 2 which can be switched to two positions that are normal to each other.

Abstract

Zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies mit Hilfe einer fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz wird vorgeschlagen, daß die Indikatorsubstanz mit polarisierter Anregungsstrahlung einer der Absorption der Indikatorsubstanz entsprechenden Wellenlänge angeregt wird, daß die Intensität der Fluorenszenzstrahlung der Indikatorsubstanz in zwei aufeinander normal stehenden Polarisationsrichtungen gemessen wird, daß aus dem Verhältnis der gewonnenen Intensitäten die Fluoreszenzanisotropie der Strahlung gemessen und daraus mit Hilfe einer vorher bestimmten Kalibrierkurve die Konzentration der chemischen Spezies ermittelt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen Messu r der Konzentration einer chemischen Spezies
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies mit Hilfe einer fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz.
Die Messung der Konzentration von Substanzen ist in vielen wissenschaftlichen und technischen Gebieten wie etwa Chemie, Verfahrenstechnik, Fertigungstechnik oder Umweltanalytik, es¬ sentiell. Optische Verfahren bzw. Vorrichtungen für derartige Messungen sind bereits vielfach unter dem Titel "optische Che- mosensoren" oder "optische chemische Sensoren" vorgeschlagen worden. Eine Übersicht über den aktuellen Stand der Technik gibt "CRC Book on Fiber Optic Chemical Sensors and Biosen¬ sors", O.S. WOLFBEIS, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida 1990. Es haben sich insbesondere Fluoreszenzmethoden als brauchbar erwiesen. Fluoreszenzoptische Sensoren haben jedoch häufig eine unzureichende Langzeitstabilität, da die Konzen¬ tration des Indikators durch verschiedene Einflüsse mit der Zeit verändert wird und dadurch Signaländerungen entstehen, die das Meßergebnis verfälschen.
Eine Methode, die Langzeitstabilität von fluoreszenzoptischen Sensoren entscheidend zu verbessern besteht darin, nicht die Fluoreszenzintensität sondern die Abklingzeit der Fluoreszenz für die Messung hranzuziehen (Lippitsch et al . , Analytica Chi- mica Acta 205 (1988), 1-6). Die Fluoreszenzabklingzeit ist weitgehend unabhängig von der Indikatorkonzentrtion und ver¬ meidet daher konzentrationsbedingte Meßfehler. Allerdings müs¬ sen im allgemeinen sehr kurze Zeiten gemessen werden, was einen hohen meßtechnischen Aufwand erfordert. Bei verschie¬ denen Sensoranwendungen ist dieser Aufwand wirtschaftlich nicht vertretbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu ver¬ meiden und eine Meßvorrichtung bzw. ein Meßverfahren vorzu- schlagen, welches die Vorteile der Abklingzeitmessung mit den meßtechnischen Vorteilen der Intensitätsmessung bei Verwendung fluoreszenzoptischer Indikatorsubstanzen vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die In¬ dikatorsubstanz mit polarisierter Anregungsstrahlung einer der Absorption der Indikatorsubstanz entsprechenden Wellenlänge angeregt wird, daß die Intensität der Fluoreszenzstrahlung der Indikatorsubstanz in zwei aufeinander normal stehenden Polari¬ sationsrichtungen gemessen wird, daß aus dem Verhältnis der gewonnenen Intensitäten die Fluoreszenzanisotropie der Strah¬ lung gemessen und daraus mit Hilfe einer vorher bestimmten Ka¬ librierkurve die Konzentration der chemischen Spezies ermit¬ telt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird somit die von der Konzentration der chemischen Spezies abhängige Depolarisa- tion der FluoreszenzStrahlung eines Indikators zur Messung herangezoge .
Unter Fluoreszenzdepolarisation ist die Tatsache zu verstehen, daß nach Anregung eines Moleküls mit Strahlung einer bestimm¬ ten Polarisationsrichtung die. abgestrahle Fluoreszenz auch Strahlung der dazu normalen Polarisationskomponente enthält. Die Ursache dafür ist die thermische Bewegung der Moleküle, die dazu führt, daß die Raumrichtung des angeregten Moleküldi¬ pols sich während der Abklingzeit τ des angeregten Zustandes ändert. Die Fluoreszenzanisotropie r ist definiert als
Figure imgf000004_0001
worin I die Fluoreszenzintensität bezeichnet und die Indizes p und s die Polarisationsrichtung parallel und senkrecht zur Po- larisationsrichtung der Anregungsstrahlung bedeuten. Im ein¬ fachsten Fall (isotrope Verteilung kugelförmiger Indikatormo¬ leküle) hat die Fluoreszenzanisotropie r folgende Abhängigkeit von der Abklingzeit r des angeregten Zustandes:
r---. , r° .— . (2) r 1+ R T/ηV) τ
Darin ist rQ die Anisotropie zum Zeitpunkt t = 0 (Anregungs¬ zeitpunkt) , R die allgemeine Gaskonstante, T die absolute Te - peratur, n die Mikroviskosität der Indikatorumgebung und V das hydrodynamische Volumen des Indikatormoleküls, d.h., sein Vo¬ lumen einschließlich einer etwaigen Hydrathülle oder anderer anhaftender Moleküle. Aus dieser Beziehung (Perrinformel) ist ersichtlich, daß eine Änderung der Abklingzeit T durch die zu messende Größe sich direkt in einer Änderung der Anisotropie r niederschlägt. Voraussetzung für den Einsatz dieser Meßmethode ist die Verwendung von Medien mit geringer Lichtstreuung als Matrix für den Indikator, da Lichtstreuung die Anisotropie¬ werte verfälscht.
Ein Beispiel für Prozesse, durch die die Fluoreszenzabkling¬ zeit durch die Konzentration einer chemischen Spezies verän¬ dert wird ist das dynamische Quenchen. Die Fluoreszenzabkling¬ zeit T folgt dabei (näherungsweise) der Stern-Volmer-Beziehung
~o (3) τ = l + ksv [ Q ]
worin [Q] die Konzentrtion der guenchenden Spezies Q, ksv die Stern-Volmer-Konstante des Quenchprozesses und τQ die Abkling¬ zeit ohne Quenchen ist. Daraus ergibt sich eine Abhängigkeit der Anisotropie r von der Quencherkonzentration nach
Figure imgf000005_0001
Eine erfindungsgemäße Variante des Meßverfahrens sieht daher vor, daß zur Messung der Konzentration der chemischen Spezies ein Fluoreszenzindikator verwendet wird, dessen Fluoreszenz durch die zu messende Spezies dynamisch gequencht wird, wo¬ durch die Fluoreszenzabklingzeit T des Farbstoffes verkürzt und die Fluoreszenzanisotropie r gemäß Gleichung (4) verrin¬ gert wird. Effizientes dynamisches Quenchen der Fluoreszenz organischer Fluorophore erfolgt dann, wenn deren Fluoreszenzabklingzeit lang ist (to > 100 ns). Um eine für Sensorzwecke hinreichende Empfindlichkeit der Anisotropie zu erreichen, darf auch die für die Rotation des Moleküls erforderliche Zeit nicht kürzer sen. Das kann durch ein entsprechend großes Volumen V der In¬ dikatormoleküle (Anbau von großen Seitengruppen) oder durch eine hohe Mikroviskosität n der Umgebung des Indikators er¬ reicht werden. Dynamisches Quenchen erfolgt z.B. durch Sauer¬ stoff, verschiedne Narkosegase (z.B. Halothan) , halogenierte Kohlenwasserstoffe, Halogenid- und Pseudohalogenidionen, Schwefeldioxyd etc.
Ein weiteres Beispiel liefert die pH-Messung. Bestimmte Indi¬ katoren zeigen eine ausgeprägte Abhängigkeit der Fluores¬ zenzabklingzeit T vom pH-Wert ihrer Umgebung, die allgemein folgendermaäßen beschrieben werden kann:
τ - τofipH) . (5)
Darin bedeutet f (pH) eine empirisch zu ermittelnde Funktion. Mit dieser Beziehung ergibt sich eine pH-Abhängigkeit der An¬ isotropie
Figure imgf000006_0001
In einer weiteren AusführungsVariante der Erfindung ist des¬ halb vorgesehen, daß zur Messung der Konzentration von Hydro- niumionen (pH-Messung) ein Fluoreszenzindikator verwendet wird, dessen Fluoreszenzabklingzeit T durch die Konzentration der Hydroniumionen (durch den pH-Wert) beeinfluß wird, wodurch sich die Lumineszenzanisotropie r gemäß Gleichung (6) ändert.
Als Indikator dient in diesem Fall ein Fluoreszenzfarbstoff mit pH-abhängiger Fluoreszenzabklingzeit, z.B. Acridin, Sali- cylaldehyd, indol-3-Essigsäure, 9(10H)-Acridinon, 2-Naphthol, etc. Da die Abklingzeiten hier kürzer sind als bei den Sauer¬ stoffabhängigen Indikatoren, kann ein Matrixmaterial geringer Viskosität, z.B. ein Hydrogel, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Meßverfahren eignet sich auch zur Bestim¬ mung der Konzentration von z.B. Kalium, Natrium, Lithium. Da¬ bei werden Indikatormoleküle verwendet, an die die betreffen¬ den Ionen mit hoher Selektivität binden (z.B. Kronenetherderi¬ vate). Durch die Bindung ändert sich das hydrodynamische Volu¬ men des Indikatormoleküls. In Abhängigkeit von der herrschen¬ den Ionenkonezntration liegen verschiedene Anteile an der Ge¬ samtzahl der vorhandenen Indikatormoleküle gebunden vor. Wird das hydrodynamische Volumen des ungebundenen Indikators mit V0 und das des gebundenen mit Vj-, bezeichnet, so gilt für das wirksame hydrodynamische Volumen
V~- \ [ Vb f [I) + Vo (!-/[/])] - [ Vo + (Vb - Vo) f in ] . <7>
worin [I] die Konzentrtion der Ionen und f [I] eine empirisch zu ermittelnde Funktion bedeutet, die die Bindungswahrschein¬ lichkeit in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration be¬ schreibt. Für die Ionenkonzentrationsabhängigkeit der Aniso¬ tropie ergibt sich dann
(8)
= r0 ll + l R Tη τ Vo -r (Vb -Vo) f {n ] } -
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht nun vor, daß zur Messung der Konzentration von Kationen ein Fluores¬ zenzindikator verwendet wird, dessen hydrodynamisches Volu¬ men V sich unter Bindung der zu messenden Kationen verändert, wodurch sich die Fluoreszenzanisotropie r gemäß Gleichung (8) ändert.
Aus Gleichung (2) ist ersichtlich, daß die Anisotropie nicht nur von den Eigenschaften des Indikators (Fluoreszenzabkling¬ zeit, hydrodynamisches Molekülvolumen) , sondern auch von der Mikroviskosität n der umgebenden Matrix abhängt. Diese Tatsa¬ che kann dazu verwendet werden, z.B. die Viksosität von Zell¬ membranen zu messen. Die Mikroviskosität einer gegebenen Ma¬ trix kann jedoch ihrerseits von der Konzentration einer be¬ stimmten chemischen Spezies S abhängen. Es gilt dann
n m io f [ S] , O) worin nQ die Mikroviskosität in Abwesenheit der Spezies S und f [S] eine empirisch zu bestimmende Funktion ist. Für einen Indikator mit konstanter Fluoreszenzabklingzeit τ0 ergibt sich dann
Figure imgf000008_0001
Schließlich kann daher erfindungsgemäß zur Messung der Konzen¬ tration einer chemischen Spezies in einer Probe ein in einer Matrixsubstanz vorliegender Fluoreszenzindikator verwendet werden, dessen Fluoreszenzabklingzeit von der chemischen Spe¬ zies nicht beeinfluß wird, dessen Matrixsubstanz jedoch in Ab¬ hängigkeit der Konzentration der chemischen Spezies die Mikro¬ viskosität n ändert, wodurch sich die Fluoreszenzanisotropie r gemäß Gleichung (10) ändert.
Ein Vorgang, der die Viskosität n einer Matrix verändern kann, ist z.B. das Quellen durch Aufnahme von z.B. einer Flüssig¬ keit. Damit wird die angegebene Meßmethode auch für Sensoren brauchbar, wie sie vor allem in der Umweltmeßtechnik von Be¬ deutung sind. Die chemische Spezies kann auch Wasser sein.
Als Indikator dient z.B. ein hydrophobes Farbstoffmolekül, das mit Wasser keine die photophysikalischen Eigenschaften verän¬ dernden Wechselwirkungen eingeht, z.B. ein Rhodamin. Als Ma¬ trix dient z.B. PVC mit Weichmacher, von dem bekannt ist, daß sein Quellungszustand vom Wassergehalt abhängt.
Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies, mit einem mit der chemischen Spezies zumindest indirekt in Kontakt stehenden fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz, welche ggf. in einer Matrixsubstanz gelöst bzw. immobilisiert ist, wobei eine Strahlungsquelle zur Bereitstellung der Anregungsstrahlung, eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung so¬ wie eine Auswerteeinrichtung vorgesehen sind, zur Durchführung der erfindungsgemäßen Meßverfahren, ist in ihrer einfachsten Ausführung dadurch ausgezeichnet, daß zwischen Strahlungs¬ quelle und Indikatorsubstanz ein Polarisationsfilter angeord- net ist, daß die Meßeinrichtung zur Erfassung der Fluoreszenz¬ strahlung zwei Detektoren aufweist, welchen aufeinander normal stehende Polarisationsfilter vorgeschaltet sind, sowie daß die Signalausgänge der beiden Detektoren mit der Auswerteeinheit verbunden sind, in welcher die zur Konzentrationsermittlung nötigen Kalibrierfunktionen abgespeichert sind.
Es ist jedoch auch möglich, daß die Meßeinrichtung nur einen Detektor mit einem vorgeschalteten Polarisationsfilter auf¬ weist, welches in zwei aufeinander normal stehende Positionen schaltbar ist, wobei der Signalausgang des Detektors mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
Fig. 2 eine Ausführungsvariante dazu.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung soll am Beispiel eines Sauerstoffsensors in Fig. 1 dargestellt werden. Dabei wird ein an sich bekannter Indikator, z.B. ein organischer Ru¬ theniumkomplex, Pyrenbuttersäure, oder ein polycyclischer Aro- mat, verwendet. Der Indikator I wird in einem transparenten, nicht streuenden Trägermaterial bzw. Matrixsubstanz T hoher Viskosität (z.B. einem Polymer) gelöst oder immobilisiert. Die Anregung erfolgt mit einer Lichtquelle L geeigneter Wellen¬ länge (z.B. Leuchtdiode, Laser oder Lampe mit Schmalbandfil¬ ter). Das Anregungslicht wird durch ein Polarisationsfilter Pχ linear polarisiert. Die Fluoreszenzstrahlung wird von zwei De¬ tektoren D1# D (Fotodioden) der Meßeinrichtung M registriert, vor denen sich Polarisationsfilter P , P3 befinden, von denen eines parallel P und das andere normal P3 zur Polarisations¬ richtung des Anregungslichtes orientiert ist. Nach einer elek¬ tronischen Quotientenbildung in einer Auswerteeinheit A wird die Sauerstoffkonzentration durch Vergleich mit einer abge¬ speicherten Kalibrierkurve ermittelt und digital angezeigt. Allfällige Filter im Strahlengang zur Trennung von Anregungs¬ und Fluoreszenzstrahlung sind mit F± bis F3 bezeichnet.
Bei der AusführungsVariante nach Fig. 2 weist die Meßeinrich¬ tung M nur einen Detektor Oj^ mit einem Polarisationsfilter P2 auf, welches in zwei aufeinander normal stehende Positionen schaltbar ist.
Patentansprüche:

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies mit Hilfe einer fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz, dadurch gekenn¬ zeichnet . daß die Indikatorsubstanz mit polarisierter An¬ regungsstrahlung einer der Absorption der Indikatorsub¬ stanz entsprechenden Wellenlänge angeregt wird, daß die Intensität der Fluoreszenzstrahlung der Indikatorsubstanz in zwei aufeinander normal stehenden Polarisationsrichtun¬ gen gemessen wird, daß aus dem Verhältnis der gewonnenen Intensitäten die Fluoreszenzanisotropie der Strahlung ge¬ messen und daraus mit Hilfe einer vorher bestimmten Kali¬ brierkurve die Konzentration der chemischen Spezies ermit¬ telt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Konzentration der chemischen Spezies ein Fluo¬ reszenzindikator verwendet wird, dessen Fluoreszenz durch die zu messende Spezies dynamisch gequencht wird, wodurch die Fluoreszenzabklingzeit T des Farbstoffes verkürzt und die Fluoreszenzanisotropie r (gemäß Gleichung (4)) verrin¬ gert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Konzentration von Hydroniumionen (pH-Messung) ein Fluoreszenzindikator verwendet wird, dessen Fluores¬ zenzabklingzeit T durch die Konzentration der Hydroniumio¬ nen (durch den pH-Wert) beeinflußt wird, wodurch sich die Lumineszenzanisotropie r (gemäß Gleichung (6)) ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Konzentration von Kationen ein Fluoreszenzin- dikator verwendet wird, dessen hydrodynamisches Volumen V sich unter Bindung der zu messenden Kationen verändert, wodurch sich die Fluoreszenzanisotropie r (gemäß Glei¬ chung (8) ) ändert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Konzentration einer chemischen Spezies in einer Probe ein in einer Matrixsubstanz vorliegender Fluo¬ reszenzindikator verwendet wird, dessen Fluoreszenzab¬ klingzeit von der chemischen Spezies nicht beeinfluß wird, dessen Matrixsubstanz jedoch in Abhängigkeit der Konzen¬ tration der chemischen Spezies die Mikroviskosität n än¬ dert, wodurch sich die Fluoreszenzanisotropie r (gemäß Gleichung (10)) ändert.
6. Vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies mit einem mit der chemischen Spezies zumindest indirekt in Kontakt ste¬ henden fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz (I), welche ggf. in einer Matrixsubstanz (T) gelöst bzw. immobilisiert ist, wobei eine Strahlungsquelle (L) zur Bereitstellung der Anregungsstrahlung, eine Meßeinrichtung (M) zur Erfas¬ sung der Fluoreszenzstrahlung sowie eine Auswerteeinrich¬ tung (A) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwi¬ schen Strahlungsquelle (L) und Indikatorsubstanz (I) ein Polarisationsfilter (P ) angeordnet ist, daß die Meßein¬ richtung (M) zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung zwei Detektoren (Dl7 D2) aufweist, welchen aufeinander normal stehende Polarisationsfilter (P2, P3) vorgeschaltet sind, sowie daß die Signalausgänge der beiden Detektoren (Di# D2) mit der Auswerteeinheit (A) verbunden sind, in welcher die zur Konzentrationsermittlung nötigen Kalibrier¬ funktionen abgespeichert sind.
7. Vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen Messung der Konzentration einer chemischen Spezies mit einem mit der chemischen Spezies zumindest indirekt in Kontakt ste¬ henden fluoreszenzoptischen Indikatorsubstanz (I), welche ggf. in einer Matrixsubstanz (T) gelöst bzw. immobilisiert ist, wobei eine Strahlungsquelle (L) zur Bereitstellung der AnregungsStrahlung, eine Meßeinrichtung (M) zur Erfas¬ sung der Fluoreszenzstrahlung sowie eine Auswerteeinrich¬ tung (A) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwi¬ schen Strahlungsquelle (L) und IndikatorSubstanz (I) ein Polarisationsfilter (P-j angeordnet ist, daß die Meßein¬ richtung (M) zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung einen Detektor (D-j mit einem vorgeschalteten Polarisationsfil¬ ter (P2) aufweist, welches in zwei aufeinander normal ste¬ hende Positionen schaltbar ist, sowie daß der Signalaus- gang des Detektors (Dχ) mit der Auswerteeinheit (A) ver¬ bunden ist, in welcher die zur Konzentrationsermittlung nötigen Kalibrierfunktionen abgespeichert sind.
PCT/AT1991/000129 1990-12-12 1991-12-12 Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen und reversiblen messung der konzentration einer chemischen spezies WO1992010740A1 (de)

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