PMT 측정법으로는 발생된 광전자를 처리하는 방법에 따라 크게 아날로그 검출 측정법과광자 계수 측정법으로 나눈다.

(1) 아날로그 검출 측정법

이 방법은 각각의 측정된 광자의 펄스를 평균하여 측정하는 것을 말하며, 그림 6과 같은 같은 회로 구성을 통해 검출 장치가 제작되며 빛의 세기에 따라 검출 신호 형태가 달라진다.

[그림 6]아날로그 측정법의 회로 구성(상)과 빛의 세기에 따른 신호 출력값(하)
(Photomultiplier tubes Hand Book _HAMAMATSU 에서 발췌)

이 방법에서는 각각의 펄스로 인해 발생된 양극 전류(Anode current)을 평균하여 신호로나타내며, 인가 전압을 조절하여 손쉽게 PMT 이득값 (Gain)을 변경할 수 있으므로 비교적 넓은 구간의 형광 신호 검출구간을 사용 할 수 있다.

(2) 광자 계수 측정법

이 방법은 각각의 측정된 광자의 펄스를 평균하여 측정하는 것을 말하며, 그림 6과 같은 같은 회로 구성을 통해 검출 장치가 제작되며 빛의 세기에 따라 검출 신호 형태가 달라진다.

PMT는 광자를 개별적으로 측정할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 이러한 기능을 사용한 것이 광자 계수 측정법이다. PMT 에서 생성된 각각의 광전자는 다이노드(Dynode)을 통해 10⁵ 에서 10⁶ 개의 전자들로 증폭 되어지며, 증폭된 전자들은 특별한 회로 구성을 통해 PMT의 양극(Anode)에 각각의 펄스 형태로 검출되어진다 (그림 7의 상). 그리고 정해진 식별구간 이상의 광자수를 신호로 인식, 측정한다. (그림 7의 하)
이러한 PMT의 광자 계수 모드는 보통 낮은 검출 레벨이 요구되는 라만 분광분석기 (Raman spectroscopy), 형광계, 생화학 발광측정기 (Biological luminescence analyzer)등의 분야에서 사용된다.

[그림 7]광자계수기 원리 및 회로구성 (상), 측정 결과 (하)
(Photomultiplier tubes Hand Book _HAMAMATSU 에서 발췌함)_상
(Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd Ed.,
Joseph R.Lakowicz 에서 발췌함)_하

광자 계수 측정법은 높은 신호 대 잡음비로 낮은 감도의 형광신호를 재현성 좋게 측정할 수 있으며, 측정 시간이 아날로그 측정법에 비해 비교적 짧다는 장점이 있다. 그러나 아날로그 측정법처럼 인가된 전압을 조절하여 PMT의 이득값(Gain)을 자유롭게 조절 할 수 없다는 단점이 있다. 그러므로 광자계수 측정법은 형광신호가 커서 검출값이 포화(Saturation)이 되어 PMT 이득값을 낮출 때는 슬릿 폭을 작게 하거나, Neutral-density (ND) filter 등의 물리적 방법을 써야 하는 불편함이 있다. 또한 그림 8에서 보여 주듯이 아날로그 검출 측정법보다 형광신호에 따른 검출신호의 선형성 측정구간이 짧다는 단점도 있다.

[그림 8]광자계수 측정법(파란색 실선)과 아날로그 측정법
(빨간색 눈금선)의 검출곡선 비교
(Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd Ed.,
Joseph R.Lakowicz 에서 발췌함.)

PMT 사용자는 적용할 Application의 특성을 고려하여 아날로그 측정법을 사용할 것인지 광자 계수 측정법을 사용할 것인지 고민하여야 한다.