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将发光物质直接标记在抗原或抗体上，或使酶作用于发光底物上，利用发光信号测量仪器测量出发光物质或酶反应底物上光子的数量，就可以得到免疫反应时的被测物质的浓度。
在单光子计数器问世之前，人们大多采用光度计作为光信号的主要检测仪器，其原理为通过光电转换器件将光信号转换为电压或电流信号，再加以放大。其主要特点为：结构简单、性能稳定，但灵敏度低、线性范围较窄。目前常见的光学检测仪器，如：红外/可见光/紫外分光光度计、荧光分光光度计、酶标仪、照度计等均采用类似原理。这类技术主要采用光敏二极管、光敏电池、光电偶合器（CCD），或者以光电流放大方式工作的常规光电倍增管作为检测器件。
随着单光子计数器的问世，其灵敏度及线性范围均大大超过其它常规技术。因此被迅速应用于科研、医疗、环保、农业、工业等各个领域。该仪器的光检测部件采用了单光子计数器，结构如下图所示。其核心部分是一个特殊类型的光电倍增管，它是一个超高真空的圆柱型玻璃容器，其中向光的一面（称为窗口）涂有一层特殊的具有光电效应的稀有金属，称为光阴极；而内部还装有多个以特殊方式排列的电极，称为打拿极；其后部另有一个电极称为阳极。上述各个电极之间均加有直流高压。
当光子打到光阴极时，由于光电效应，其表面可以产生能量微弱的游离电子，称为光电子；该电子由于直流高压的作用离开光阴极再次打到第一打拿极上，由于其获得了直流高压提供的能量，因而在第一打拿极上又制造出了能量更高、数量级更大的电子。就这样经过多个打拿极的反复放大，最后使阳极产生了一个能量远远高于最初样品发射光子的电脉冲信号。该信号经前置放大器放大，再经过比较器去除噪声信号，最后由分频器换算出光子脉冲数，通常为相对发光单位，即RLU（Relative Luminescence Unit）。一般讲，一个RLU相当于10个光子。
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