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熱電元素燈即空心陰極燈，是同一個陽極（鎢棒）和呈空心杯形的陰極組成，它是由被測元素的純金屬制成，將陰極和陽極低壓密封于充有惰性氣體的玻璃管中。熱電元素燈是一種特殊形式的低壓氣體放電光源，放電集中于陰極空腔內。當在兩極之間施加200V-500V電壓時，便產生光放電。
在電場作用下，電子在飛向陽極的途中，與載氣原子碰撞并使之電離，放出二次電子，使電子與正離子數目增加，以維持放電。正離子從電場獲得動能。如果正離子的動能足以克服金屬陰極表面的晶格能，當其撞擊在陰極表面時，就可以將原子從晶格中濺射出來。
除濺射作用之外，陰極受熱也要導致陰極表面元素的熱蒸發。濺射與蒸發出來的原子進入空腔內，再與電子、原子、離子等發生第二類碰撞而受到激發，發射出相應元素的特征的共振輻射。與此同時，熱電元素燈所發射的譜線中還包含了內充氣、陰極材料和雜質元素等譜線。因為熱電元素燈內填充氣體壓力低，壓力變寬很小；陰極溫度較低，熱變寬也很小；同時，因為氣體密度低，自吸變寬也不存在。
熱電元素燈基本滿足發射譜線的半寬度窄、譜線強度大且穩定、譜線背景小、操作方便和經久耐用等銳線光源的基本要求。并且，當采用較大的燈電流時，熱電元素燈所發射譜線半寬度變寬和譜線強度增高，此時檢測器的負高壓降低，吸光度讀數穩定。
熱電元素燈的每個元素有其固定的激發波長，元素燈就是能激發固定波長的燈，能提供某一種或多種元素的波長，用于檢測樣品對某種波長的吸收度，從而確定此種元素在樣品中的含量。
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