Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
J. Knecht

Hohlkathodenlampe

Hohlkathodenlampe
Synonym(e)
HKL
Englischer Begriff
hollow cathode lamp
Definition
Bei der Hohlkathodenlampe wird das emittierte Linienspektrum des zu bestimmenden Elements von der Kathode der Lampe ausgesendet. Die Kathode hat die Form eines Hohlzylinders bzw. neuerdings innen die Form einer Halbkugel.
Beschreibung
Die Hohlkathodenlampe ist eine exzellente Quelle für die Linienspektren der meisten Elemente, die mit der Atomabsorptionsspektrometrie bestimmt werden. Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Konstruktion einer solchen Lampe.
Die Kathode der Lampe ist ein Hohlzylinder und besteht normalerweise aus dem Metall, dessen Spektrum emittiert wird. Anode und Kathode sind in einem Glaszylinder untergebracht, der mit Neon oder Argon unter geringem Druck gefüllt ist. Am Ende des Glaszylinders ist ein für die emittierte Strahlung durchsichtiges Fenster.
Wenn man zwischen Anode und Kathode ein elektrisches Potenzial legt, werden einige Füllgasatome ionisiert. Die positiv geladenen Füllgasatome werden durch das elektrische Feld beschleunigt und treffen auf die negativ geladene Kathode. Dann schlagen sie aus der Kathode einzelne Metallatome heraus (= Sputtern) und diese werden durch weitere Kollisionen mit den Elektronen und Ionen der Füllgasatome zur Strahlung angeregt (s. folgende Abbildung).
Ablauf der Anregung in der Hohlkathode:
Durch das Sputtern werden teilweise Metallatome aus der Kathode entfernt und irgendwo in der Lampe niedergeschlagen. Besonders bei den leichtflüchtigen Elementen wie As, Se etc. ist dieser Verlust beträchtlich. Deshalb verwendet man für diese Elemente heute meist die sog. elektrodenlosen Entladungslampen („electrodeless discharge lamps“, EDL).
Um diesen Verlust möglichst gering zu halten, hat die Kathode innen etwa die Form einer Halbkugel.
Während des Lampenbetriebs werden teilweise die Füllgasatome durch verschiedene Prozesse eingefangen und stehen damit nicht mehr für die Ionisation zur Verfügung, was die Lebensdauer der Hohlkathodenlampe zum Teil beträchtlich verringert. Deshalb ist es wichtig, dass die Lampe eine gewisse Mindestgröße hat, damit ausreichend Füllgas vorhanden ist.
Die Kathode besteht normalerweise aus hochreinem Metall, und entsprechend besteht das Emissionsspektrum auch nur aus diesem Element. Manchmal ist es möglich, für eine Multielementlampe die Kathode aus mehreren Elementen zu bauen. Im Allgemeinen haben sich diese Lampen wegen der geringeren Intensität pro Element, möglichen Linienüberlappungen und einer verminderten Lebensdauer nicht bewährt.
Literatur
Broekaert JAC (2005) Analytical atomic spectrometry with flames and plasmas, 2. Aufl. Wiley-VCH, Weinheim
Welz B, Sperling M (1997) Atomabsorptionsspektrometrie, 4. Aufl. Wiley-VCH, Weinheim