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空心陰極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，便產生輝光放電。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，HCL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。
空心陰極燈的工作條件可以從以下2個方面考慮：
1、預熱時間：
燈點燃后，由于陰極受熱蒸發產生原子蒸汽，其輻射的銳線光經過燈內原子蒸汽再由石英窗射出。使用時為使發射的共振線穩定，必須對燈進行預熱，以使燈內原子蒸汽層的分布及蒸汽厚度恒定，這樣會使燈內原子蒸汽產生的自吸收和發射的共振線的強度穩定。通常對于單光束儀器，燈預熱時間應在30分鐘以上，才能達到輻射的銳性光穩定。對雙光束儀器，由于參比光束和測量光束的強度同時變化，其比值恒定，能使基線很快穩定。空心陰極燈使用前，若在施加1/3工作電流的情況下預熱0.5-1.0h，并定期活化，可增加使用壽命。
2、工作電流：
元素燈本身質量好壞直接影響測量的靈敏度，及標準曲線的線性。有的燈背景過大而不能正常使用。燈在使用過程中會在燈管中釋放出微量氫氣，而氫氣發射的光是連續光譜，稱之為燈的背景發射。當關閉光閘調零，然后打開光閘，改變波長，使之離開發射的波長，在沒有發射線的地方，如仍有讀數這就是背景連續光譜。背景讀數不應大于5%，較好的燈，此值應小于1%。所以選擇燈電流前應檢查一下燈的質量。
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