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模拟型PMT和计数型PMT的区别

       光电倍增管(PMT)是利用光的外光电效应的一种光电器件,主要由光电阴极和打拿极构成,其工作原理如下:首先光电阴极吸收光子并产生外光电效应,发射光电子,光电子在外电场的作用下被加速后打到打拿极(dynode,也叫倍增器电极)并产生二次电子发射,二次电子又在电场的作用下被加速达到下一级打拿极产生更多的二次电子,随着打拿极的增加,二次电子的数目也得到倍增,最后由光电阳极接收并产生电流或者电压输出信号。

    模拟型PMT和计数型PMT原理上的区别在于脉冲信号的放大线路,前者采用模拟电路放大,然后采用模数转换为数字信号;后者的脉冲信号先经过一级放大,再进入一个数字鉴别器(discriminator),过滤掉低强度的噪声脉冲,然后用第二级放大器将脉冲放大到可用的水平。

 

    计数型PMT的优点是:

    (1)信噪比高。PMT的大部分噪声信号是在阴极之后产生的,通常是在打拿级产生的,这些低强度的噪声脉冲可以被鉴别器过滤掉。模拟型PMT从阳极得到的信号是脉冲的直流部分,总和了各种来源的脉冲,噪声伴随着信号,无法有效的分离。

    (2)稳定性好。PMT需要高压供电,电压的微小变化不会影响计数PMT的脉冲计数部分,但会影响模拟部分,使最终得到的脉冲强度发生改变,因此计数型PMT不易受电压变动和系统增益变化的影响;模拟型PMT系统依靠RC振荡电路减少噪声,但是受精度的制约,响应速度也会变慢,计数型PMT则不受电路RC振荡时间的影响。

    (3)更好精确度和实用的量程。计数型PMT的量程通常基于PMT或者第一级放大器的带宽,每秒钟的量程为3-4百万次计数;模拟PMT系统的量程通常基于模拟-数字转换器(ADC)的带宽,典型的ADC是12bit的,量程为2的12次方或者4096个电压级数。计数型PMT可以在不丢失高强度信号的情况下更清晰的分辩出微小的信号和变化。

 

    模拟型PMT的优点是:

    (1)适合高强度的信号的测量,比如光吸收、光强度比较高的荧光测量,在高强度的信号下,噪声的强度相对可以忽略;

    (2)成本低。计数型PMT的器件需要手工挑选,对宽容度要求严格,成本高昂。

  

    模拟检测器由于具有较好的灵敏度,比较宽的动态范围和良好的增益控制,广泛用于荧光测量,Tecan的酶标仪的荧光强度测量和荧光偏振测量都使用的此类PMT,所以在测量时需要设定增益值(Gain值),而增益值的设定是否合适将直接决定了测量结果的可分析性和可重复性的好坏。

  

    光子计数型检测模式有明显高于模拟方式的信噪比,用于极低水平信号的测量,Tecan Infinite系列酶标仪的发光测量模块使用的就是这种PMT,客户得到的测量结果是1秒种内检测到的光脉冲数量,测量的动态范围是10的6次方,即百万级,客户也不需要设定增益值。