空心陰極燈元素燈是一種特殊形式的低壓輝光放電銳線光源，它在分析化學、物理學、地質學等多個領域具有廣泛的應用。其工作原理基于高場電壓下的輝光放電。它主要由一個陽極（通常為合金鎢棒）和一個空心圓筒形陰極（由被測元素的金屬或合金化合物構成）組成，兩者密封在帶有光學窗口的玻璃管內，并內充低壓（幾百帕）的惰性氣體（如氖氣或氬氣）。當在兩極之間施加200V-500V的電壓時，便產生輝光放電。在電場作用下，電子從陰極發出并加速向陽極運動，途中與載氣原子碰撞并使之電離，產生的正離子再轟擊陰極表面，將被測元素原子從晶格中濺射出來。這些濺射出來的原子在空腔內與其他粒子碰撞而被激發，最終發射出相應元素的特征共振輻射。
1、化學分析領域
原子吸收光譜法（AAS）：空心陰極燈是原子吸收光譜儀的核心部件。在原子吸收光譜法中，它作為銳線光源，能夠發射出特定元素的共振輻射線。當待測樣品中的原子吸收了空心陰極燈發出的特定波長的光后，通過測量吸光度的大小，可以確定樣品中該元素的含量。例如在環境監測中，用于檢測水、土壤、空氣等樣品中的重金屬元素如汞、鉛、鎘等的濃度；在食品行業中，可用于檢測食品中的鈣、鐵、鋅等營養元素或有害元素的含量。
原子熒光光譜法（AFS）：空心陰極燈也常用于原子熒光光譜儀中。它可以提供特定波長的激發光，使待測元素的原子在吸收了特定波長的光能后躍遷到較高能級，然后在返回基態時發射出熒光。通過測量熒光的強度，進而計算出樣品中元素的含量。這種方法在地質學中可用于分析巖石和土壤樣品中的元素成分，在醫學診斷中可檢測血液中的某些微量元素含量。
2、物理實驗領域
光譜研究：科學家可以利用空心陰極燈來模擬太陽的光譜，研究太陽輻射的相關特性。通過對空心陰極燈發出的光譜進行分析和對比，了解不同元素在特定條件下的光譜特征，為天文學研究提供參考依據。
3、環境監測領域
污染監測：除了上述提到的對重金屬元素的檢測外，還可以用于監測環境中的其他污染物。例如，檢測空氣中的揮發性有機物（VOCs）、二氧化硫、氮氧化物等污染物，通過測量這些污染物與空心陰極燈發出的特定波長光的相互作用，實現對環境污染程度的評估和監測。
水質監測：除了檢測水中的金屬元素，還能用于測定水中的其他參數，如溶解氧、化學需氧量（COD）等。一些特殊的空心陰極燈可以通過與水中物質的化學反應產生特定的光譜信號，從而實現對這些參數的快速、準確測量。
4、醫學診斷領域
疾病診斷：空心陰極燈可用于檢測血液中的各種元素含量，從而幫助醫生診斷疾病。例如，檢測血液中的鈣、鐵等元素的含量，有助于診斷骨質疏松、貧血等疾病。此外，還可以用于檢測人體中的其他微量元素，如銅、鋅、鎂等，這些微量元素的含量變化與人體的健康狀況密切相關。
5、工業領域
材料分析：在金屬材料生產和加工過程中，空心陰極燈可用于分析材料中的元素組成和含量，確保材料的質量符合要求。例如，在鋼鐵生產中，可用于檢測鋼樣中的碳、硫、磷等元素的含量；在鋁合金生產中，可用于檢測鋁、鎂、硅等元素的含量。
質量控制：在化工、制藥等行業，空心陰極燈可用于監測生產過程中原材料和產品的質量。通過檢測產品中的元素含量是否符合標準，保證產品的質量和安全性。
