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多元素空心陰極燈是同一個陽極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。玻璃管中設有石英窗，以便透過紫外線。惰性氣體采用采用氖和氬。當兩個電極施加電壓時（約500V），電子由陰*速射向陽極，此時電子與惰性氣體碰撞而電離，產生的離子被電場所加速而強烈地轟擊陰極表面，導致陰極表面的金屬原子發生濺射，它們又與電子、惰性氣體原子及離子碰撞而產生激發，便發射出此元素的特征光譜。
多元素空心陰極燈：將多種金屬粉末按一定的比例混合并壓制和燒結，可制得多元素空心陰極燈，作為陰極。多可達七種元素，如Al-Ca-Cu-Fe-Mg-Si-Zn。只要更換波長，就能在一個燈上同時進行幾種元素的測定。缺點是輻射強度、靈敏度、壽命都不如單元素燈。組合越多，光譜特性越差，譜線干擾也大。
結構及材料：
陰極：大多數為純金屬或合金，對于一些貴金屬，則將其制成薄片襯在支持電極上。陰極在中間為空桶形狀，空心陰極燈因此得名。
陽極：為一焊有鉭片或鈦絲的鎢棒，因為鉭片或鈦絲具有吸氣作用，在高溫下可以吸收少量有害氣體（如氫氣）。
屏蔽層：為防止陰陽極的擊穿，在陰陽極間設有屏蔽層。
多元素空心陰極燈使用注意事項：
1、注意極性不能接反。
2、為了使燈發光強度穩定，在工作電流下預熱10-30min。
3、燈長期不用，應定期點燃，一般在工作電流下預熱1h。
4、長期擱置，燈內有雜質存在，可以采用反接去氣法。顛倒電極用大電流點燈30min。
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