用于生物毒性的光电倍增管检测技术

杨云开

摘要：光电倍增管是一种高度灵敏和快速响应的电检测器，在紫外光语音接收系统，压电力设备放电检测系统，井仪器，核子密度计中有很广泛的应用。随着技术进步，用于生物毒性的光电倍增管检测相比其他检测技术，灵敏度更高，反应速度更快，研究认为光电倍增管检测会有更好的发展前景。

关键词：光电倍增 管检测技术 灵敏度

光电倍增管（以下称为PMT）是一种高度灵敏和快速的响应光电检测器，在检测微弱的光信号和快速脉冲光信号的重要探针周期，被广泛用于许多领域，如光谱分析，图像采集和诊断，和环境检测。光电倍增管的脉冲工作方式适用于短时间，速度快的应用。在测量时间超过100--1200时的时间内需要使用光电倍增管，是目前可用的最“灵敏”辐射能量检测器。

1光电倍增管的应用

1.1测井仪器中的应用

光电倍增管应用在天然伽马射线井仪器，伽玛射线检测器由高耐湿性的碘化铯（CSI）闪烁。脉冲信号然后通过耦合电容器，然后通过前置放大器的脉冲幅度分析器（PHA）进行扩增。转换之后获得的脉冲幅度的数字量被发送到加法器电路用于处理。

1.2在核子密度计中的应用

核密度计主要由放射性源，光电倍增管检测器，和一台主机。使用放射性源发出的能量大约662keV，当Y射线束穿过该浆料，根据物体的密度所产生的中能量Y射线束进行测试。

1.3在紫外光语音接收系统中的应用

光电倍增管LED灯闪烁，有效信息被辐射。紫外线语音接收系统，相应的信号处理之后，声音信号被从光信号恢复，并且通信是通过所述扬声器输出完成。

1.4在高压电力设备放电检测系统的应用

高电压设备排出的紫外光和紫外光的强度来评价放电。使用特定的UV传感器的允许仪器在紫外线波长，可以除去太阳光的干扰，在太阳能盲区操作，提高检测结果的准确性。过滤器改变光电倍增管的反应间隔，以便它在白天盲区工作。

2各种检测生物毒性的方法

2.1理化检测方法

理化检测是物理检测方法和化学检测方法的统称。这种类型的方法使用多种物理和化学成分分析仪，分析参数如密度，pH值，电导率，和偶数X谱等，来分析样品成分。物理化学的定量分析，可以确定特定有害物質的含量。这种方法具有较高的定量精度，但它通常是单一物质检测，无法满足样品中综合毒性测试的需求。

2.2水生生物毒性检测法

许多水生生物对环境变化非常敏感，和微量有毒污染物量也能产生这些生物。水生生物的方法具有较大的痰毒性试验法，藻类毒性试验方法，和鱼毒性试验方法。

2.3微型生物群落毒性检测法

微生物群毒性试验的方法是基于对微生物群落的有毒物质，以检测基团的抑制。此外，还包括一些小的多细胞动物，如轮虫。使用微生物的聚氨酯泡沫塑料块（PFU），聚类过程中物种平衡的数量，聚类曲线的斜率（或簇常数），达到90%。

3生物毒性检测仪检测方案

3.1检测方案

本文的光电综合毒性检测仪是基于细菌发光法。反应系统是荧光素 荧光素酶反应系统：在荧光素酶催化下，荧光素，ATP和氧将发生反应并发出荧光。对于毒性检测，发光细菌及其底物（或荧光素和ATP直接）用作检测器溶液，并且在设定的实验条件下，发射低强度的光。有毒物质可通过抑制发光反应来减弱荧光强度。

3.2检测结果

同时本文还进行了实际水样的检测，并用RFL-1型化学发光仪与本文研制的样机作对比试验。本实验所用水样分别是采集3个江下游区段的水样，2个地表水。检测结果见表。

3.3结果分析

表中两台仪器所进行的实验，都是在相同条件下检测得出。由抑制率和毒性判定，自主研发的光电型综合毒性检测仪相对于RFL-I型化学发光仪有更高的灵敏度。因此，光电倍增管的应用在生物毒性检测具有更好的发展前景。

4光电倍增管技术发展趋势

基于技术进步和满足更高的精度测量需求，光电倍增管正在向着小型化，高可靠性，通用性，模块化和集成发展的要求，在最近几年的制造技术和各项性能都有很大提高。

4.1光电阴极的发展

根据能带的半导体材料的弯曲的原理，一系列由具有负的电子亲和力，如III-V族化合物半导体材料的光电阴极具有50%的高量子效率。微通道板光电由于微通道板的高电阻，所述倍增管可以输出更小的平均线性阳极电流。在脉冲操作状态下，输入脉冲频率不能太高，否则输出脉冲失真将被引起。

4.2倍增系统的发展

微通道板孔被设置在更小的径向方向上展开，并且时间特性和器件的动态范围大大地优化。使用微机械加工技术制成多通道集成结构，降低了倍增电极的体积，提高装置的时间特性。在另一方面，提供了多通道检测，增加微通道板60或更高的纵横比，在多检测或单光子计数成像设备的应用中，装置的增益电平大大提高，分辨率保持不变。

4.3阳极形式的发展

作为一种开发较早的真空光电探测器，光电倍增管一直在近几年军用和民用市场占有一席之地。作为各种精密测量仪器的核心部件，倍增管将继续支持和支持大型光电仪表行业，速度越来越快，基本过程不断完善，性能参数逐渐提高。

参考文献

[1]Horsburgh A.M_ et al. On-Iine microbial biosensing and fingerprinting of wate rpollutants EJl.Biosens Bioelectron.2012.17 （6-7）：495-501.

[2]吴伟.发光细菌在渔业水域污染物急性毒性快速监测中的应用[J].湛江海洋大学学报.2008，23 （8）：118-123.

[3]Simpson M.L_ et al. Anintegrated CMOS microlunlinometer for low-level luminescence sensing in the bioluminescent bioreporter integrated circuit [Jl.Sensors and Actuators B.2011.72： 134-140.

[4]李淑丽，郑新亮，任兆玉.生物超微弱发光研究进展[J]，激光杂志.2014，4：4—6.