空心陰極燈主要特點是穩(wěn)定性好，發(fā)射性強，測定靈敏度高，檢出限較低。空心陰極燈多主要運用于被測元素的銳線光譜，鄰近先光譜干擾消失。因此來說原子吸收光譜儀的空心陰極燈發(fā)射的光譜足以達到其要求。

　　空心陰極燈通過內(nèi)部的低壓氣體在兩個電極之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象時，陰極會受到大量電子、加速沖向電極表面的帶電氣體離子(也就是充入氣體的離子)的轟擊。這些離子的能量非常強，以至于可以促使陰極材料的原子從表面脫離或濺射進入等離子區(qū)。濺射的離子在此處還會與其它高能的物質(zhì)相互碰撞。碰撞的結(jié)果導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移，金屬原子躍遷至激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，原子會自發(fā)回到基態(tài)，同時發(fā)射出特定波長的共振線。很多元素都具有多條共振線供分析使用。

　　空心陰極燈的設(shè)計特點可分為五個步驟，分別從陰陽兩極、氣體、封套、處理為主：

　　1、陰極

　　首先來說，陰極的組成的物質(zhì)是是被分析元素或含有被分析元素的物質(zhì)。如果金屬在空氣中穩(wěn)定并具有高熔點，則陰極材料一般使用純金屬(如銀)。如果金屬本身比較脆，則一般使用燒結(jié)的金屬粉末(如錳、鎢)。如果金屬本身在空氣中比較活潑，或具有較高的相對蒸汽壓，則一般使用金屬的氧化物或鹵化物(如鎘、鈉)。

　　2、陽極

　　陽極是一種簡單的能提供放電轟擊電壓的普通電極。陽極材料一般使用鋯(一種吸氣劑)。

　　3、 封入的氣體

　　封入的氣體必須為避免分子震動光譜，普遍情況下使用的是單分子氣體，所以一般使用惰性的稀有氣體。這是由于其具有更高的電離電位以便具有更高的發(fā)射強度。用于其他氣體來講質(zhì)量數(shù)較低，效應(yīng)小，而且還會因其氣體快速耗盡造成燈的壽命縮短。

　　封入的低壓氣體耗盡是由于燈的表面材料吸收造成的。當封入的氣體壓力低于規(guī)定值時則無法持續(xù)放電，此時燈的壽命即達到終點。雖然燈仍然能點亮，但已經(jīng)不能發(fā)射出被測元素的共振線了。

　　4、封套

　　電極通常使用含有石英或特種硼硅酸鹽玻璃制成的光路窗的玻璃進行封套的。光路窗的材料由元素燈的發(fā)射線決定的。由于大多數(shù)元素的發(fā)射線都低于300納米，此時必須使用石英材料。高于此波長的一般使用硼硅酸鹽玻璃。

　　5、處理

　　處理步驟是制造高性能空心陰極燈的關(guān)鍵。處理的主要目的就是去除污染進行純化，其主要包括抽真空并在燈的外部保持一個適宜的高溫。因為不僅僅可以使極性反轉(zhuǎn)，以便鋯陽極轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O。而且對于雜質(zhì)氣體氧氣和氫氣鋯電極是一種良好的吸氣劑，此使用此電極能請除掉雜質(zhì)氣體。在放電時會有一層鋯停留在燈的封套上。