CN102460135A

CN102460135A - 检测器位于聚焦元件内部的x射线系统和方法

Info

Publication number: CN102460135A
Application number: CN2010800249495A
Authority: CN
Inventors: 威廉·L·亚当斯; 斯蒂芬·I·沙夫斯基
Original assignee: Thermo Niton Analyzers LLC
Current assignee: Thermo Scientific Portable Analytical Instruments Inc
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2012-05-16
Also published as: EP2438431A1; EP2438431A4; WO2010141709A1; US20100310041A1

Abstract

一种X射线荧光仪器，其中通过聚焦元件将x射线从源引导至样品上。如本发明的描述中限定的，通过x射线检测器检测来自该样品的荧光，该x射线检测器完全放置在处于该聚焦元件“内部”的体积内。第二聚焦元件可采集该样品的辐射并且将该辐射以较大张角单色化地引导至x射线检测器上。还提供了应用该仪器，尤其用于在润滑剂和燃料中将硫和其他受污元素定量的方法。

Description

检测器位于聚焦元件内部的x射线系统和方法

本申请要求于2009年6月3日提交的、第61/183,860号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在紧凑设备中用于集中照明样品的x射线辐射以及用于检测之后由该样品发出的x射线的设备配置和方法。在例如测量石油中硫浓度的x射线荧光应用中，所提供的敏感度增强具有特殊的优势。

背景技术

x射线荧光(XRF)系统的设计在来源侧上的撞击样品的表面的辐射的x射线束功率、光谱滤波、以及准直性、连同检测侧上的检测器接收立体角、背景散射、以及因样品中的各种元素引起的光谱干扰之中存在妥协。手持式和便携式仪器具有重量、电池尺寸以及安全性的附加约束。当测量例如在轻元素的检测中出现的较低能量的x射线时，或者当需要非常小的斑点来识别例如电子电路板的部件中的污物时，这些权衡变得更加困难。

在本文本中特别示出并且下面所描述的本发明可具有特别优势的XRF技术的一种应用是测量石油和煤中硫的应用。能量色散的XRF(ED-XRF)和波长色散的XRF(WD-XRF)已被应用于这个文本中。对于燃料和润滑剂中硫的监管限度近年来变得越来越严格。在1993年之前，由美国环境保护署(Environmental Protection Agency)设定的关于柴油燃料中硫的限度为5000ppm。该限度随后被降至500ppm，然后转变为15ppm(所谓的“超低硫柴油”，或“ULSD”)，据此，精炼机通常所需的限度将硫减少至低于10ppm。在日本和欧盟当前的监管限度具有相同的量级，专家预测近期内将会减少至5ppm。美国关于汽油中硫的限度现在处于30ppm，而在日本、德国、瑞典、以及芬兰生效的限度低至10ppm。虽然目前不那么严格，但是美国对于喷气燃料、非公路柴油、以及燃用油的监管限度最终会朝“超低硫”趋近。

由于较紧的监管限度，测试方法已不得不在低浓度处变得更加精确。过去的ED-XRF模型提供的检测限度为5-20ppm，然而这些不再满足石油产业的现在或未来需求，并且仪器必须现在就提供ppm以下的检测限度。包括台式模型的几个ED-XRF仪器当前被售卖用于油中硫的分析。提供ppm以下硫检测限度的WD-XRF系统是全尺寸实验室仪器。这些系统是大体上高功率(1至4千瓦)且笨重的(400至550千克)。

在典型的当前系统中，例如在图1中描绘的那样，检测器2被放在免受来自源(例如，x射线管3)的直接辐射的位置处，并且同时足够接近于被检验面4以便接收荧光x射线5的显著部分。在本文以及在任何所附的权利要求中，被检验面4还可被称为“样品”或“目标”。图1描绘了现有技术的配置的实施例，其利用滤波器6使x射线谱的不必要部分最小化，在某些应用中(可以优选)利用准直仪7以减少光束8的尺寸，从而减弱背景。检测器2被设定至其能捕获从目标发出的一些荧光x射线的侧面。例如图1中描绘的系统增加了功率需求，这些功率需求使系统在某些情况下非常不合需要。具体地，在图1的配置中，滤波器6和准直仪7的插入使得x射线管3的阳极1处产生的、到达样品4的x射线中的部分减少为小部分—通常小于在该阳极处产生的总辐射的0.1％。由于检测器2定位于离开侧面，所以由辐照区域产生的荧光x射线5的总量中仅小部分(大约1％)被检测器截取到。

对于检测油中的硫以及在其它低能量应用中的XRF仪器的重大挑战是减弱背景信号，以使得可以达到必要的检测限度。参照图2描述了一种用于减弱背景的策略。根据这种策略，在以～90°角度入射到样品上之前主要x射线10被偏振目标12(在这种情况下，高定向热解石墨(HOPG))偏振。图2描绘了这种现有技术的配置，其被集成在能量色散偏振XRF(EDPXRF)仪器中。然后荧光x射线在～90°的另一位移处被检测到，从而显著减少因散射引起的背景。这种技术的缺陷是可用立体角的损失，因此在立体角与背景抑制之间产生了不可避免的妥协。

2009年12月15日授权的第7,634,052号美国专利(Grodzins)教导了一种用于x射线分光仪的两级式转换器/集中器，该两级式转换器/集中器在图3中示出并且总体上由标号20指示，其被设计为从标准x射线管3产生单色的x射线束，该专利通过引用并入本文。Grodzins的发明的一个实施方式利用了高定向热解石墨(HOPG)聚焦元件39以增加被检查目标上的点处x射线束的集中，同时通过利用适当成形的圆筒形聚焦管的表面上的晶体材料层的布拉格(Bragg)衍射能力来使能量单色化。然而，在图3中描绘的配置保持检测器2定位于目标4的侧面的位置上，在该位置，其仍仅接收由光束产生的荧光x射线的一小部分。

发明内容

依照本发明的优选实施方式，提供了一种用于表征样品的x射线荧光仪器。该仪器具有x射线的点状源和聚焦元件，该聚焦元件用于将来自该点状源的x射线引导至样品上的焦域上并产生聚焦辐射的包封。最后，该仪器具有x射线检测器，该x射线检测器被放置使得检测器在任何平面上的任何片体处于那个平面上聚焦辐射的所述包封的投射的内部。该仪器可具有在源与检测器之间沿中心轴线配置的光束截捕器并且该光束截捕器可以形成检测器壳体的整体部分。

在本发明的其它实施方式中，该检测器可以是能量分辨的，并且可以被配置在检测器壳体内，该检测器壳体基本由处于聚焦元件内部的体积限定。聚焦元件的内表面可以由关于阳极点的对数螺线表征，并且更普遍地可以关于中心轴线圆柱对称。内表面可以由多个段表征，该多个段关于中心轴线布置、被同心地嵌入或者沿该中心轴线插入。

聚焦元件可以适合于充当x射线辐射的单色仪，并且更具体地，可以充当次级发射面。内表面可以涂有晶体材料或者准晶体材料，例如高定向热解石墨。可选地，内表面可以是基本纯元素的金属。可以提供另一聚焦元件以用于将来自样品的发射物引导至检测器上，并且用于将检测到的发射物光谱滤波。

在本发明的另外一些实施方式中，提供了第二聚焦元件以用于将样品的发射物引导至x射线检测器上。第二聚焦元件可以充当波长色散x射线单色仪。

依照本发明的另一方面，提供了一种用于从样品激发并检测x射线荧光的方法。该方法包括以下步骤：

a.产生x射线束；

b.通过由内表面表征的聚焦元件将所述主要x射线束引导至样品上，所述聚焦元件限定处于所述聚焦元件内部的体积；以及

c.在完全处于所述聚焦元件内部的体积内配置的一组位置处检测从所述样品发出的荧光x射线。

依照本发明的又一方面，提供了一种用于检测样品中目标元素的方法。该方法包括以下步骤：

a.产生适于激发表征所述目标元素的荧光的x射线束；

b.通过由内表面表征的聚焦元件将所述x射线束引导至样品上，所述聚焦元件限定处于所述聚焦元件内部的体积；

c.同时将入射到所述样品之前的所述x射线束单色化；以及

d.在完全处于所述聚焦元件内部的体积内配置的位置处检测从所述样品发出的x射线。

在其它实施方式中，单色化的步骤可以包括将来自次级目标的x射线束反射，并且该次级目标可以包括银作为表面材料。该方法可以附加地包括将从所述样品发出的荧光x射线聚焦在检测器上以及将从所述样品中发出的荧光x射线单色化。

附图说明

本发明的前述特征将通过参考以下详细的描述连同参照附图更容易理解，在附图中：

图1是现有技术的X射线荧光(XRF)系统的示意性绘图；

图2描绘了采用偏振晶体的另一现有技术的XRF系统；

图3描绘了又一现有技术的XRF系统，该系统采用HOPG聚焦及单色化元件；

图4是依照本发明的实施方式的配置的横截面图，其中x射线检测器被配置与聚焦元件同轴；以及

图5是依照本发明的实施方式的配置的横截面图，其中采用光学系统来采集来自样品的发射物并利用能量选择性将其传递至检测器。

具体实施方式的详细描述

现在参照图4来描述依照本发明的x射线系统的实施方式的基本特征。无论采用什么形状的聚焦元件，总体上由标号39指定的聚焦系统以及检测器34关于中心轴线40基本同轴。相比典型系统，这种配置有利地利用了更高百分比的由x射线源发出的x射线，同时将光束单色化(monochromating)并聚焦光束，从而减少造成检测背景的部分x射线，此外检测器位于理想位置。如本文以及在任一所附的权利要求中所使用的，动词“单色化”将意味着将辐射谱基本局限为窄能带。在图4中示出的实施方式利用聚焦元件39的表面32上的HOPG晶体，在本发明的范围内，聚焦元件39可以由下面将进一步描述的各种形状形成。将在本文中采用的术语HOPG“晶体”指的是由微晶制成的高定向热解石墨材料，其(与表面基本对准)还包含小的随机组成。在本文中以及在任何所附的权利要求中这些材料可被称为“准晶体”材料。

如上面关于图3中描绘的现有技术的XRF系统所讨论的那样，聚焦元件39的表面32上的HOPG晶体可用于完成x射线的集中以及x射线的单色化光束的形成。HOPG材料可从若干来源中获取并且能被用于精加工表面。这些材料利用晶体材料中x射线的Bragg衍射。

当x射线束在关于材料表面成θ角处撞击在晶格结构上时，发生Bragg衍射。根据Bragg公式，等于出射角的入射角θ与以keV为单位的x射线能量E和以埃(angstrom)为单位

的晶格结构的间隔有关，由以下公式表示

2dinθ＝12.4n/E (1)

其中衍射级n≥1，并且通常为1或2。如果入射角偏离θ，x射线穿过晶体并且被背衬材料吸收或散射。因此，对于具体的能量E而言，x射线在关于晶体结构的表面的精确出射角θ处被散射。作为示例，利用

通过第一级衍射(n＝1)聚焦E＝2.984KeV处的银L_α1x射线，θ＝38.26度。

应该理解，本发明不限于任何特殊形状的聚焦元件39，也不限于特殊的材料性能，例如仅通过实施例已讨论过的前述系统中的那些。聚焦元件39可被称为“锥体”，应该理解这种用法是口语化的并不试图指定特殊几何体。用于聚焦元件39的优选表面为对数螺线(“log-spiral”)的表面，对数螺线由

给定，其中θ为Bragg衍射角，

为极角(关于中心轴线)，以及r₀为标度(物理尺寸)因子。对数螺线表面优选的原因在于其满足关于有效点源的Bragg条件，其不是聚焦于点，而是聚焦于图4中示出的、由标号37指定的样品4的区域上。此外，应该理解聚焦元件39可以为复合表面，因为例如r₀的曲线参数可被插入沿轴线40的离散间隔中。可选地，可以采用其他轮廓的衍射表面，例如约翰逊截式晶体(Johansson-cut crystal)，其变型在第6,389,100号美国专利(Verman)中讨论，并且所有变型均在本发明的范围内。

在本发明的可选实施方式中，可以存在多个“锥体”38，它们可以是同轴的—一个嵌入另一个中。在本发明的一个实施方式中，锥体被嵌入以使得穿过一个或多个内部锥体的x射线相继与外部锥体相互作用。依照本发明的另一些实施方式，可以存在绕关于轴线40的方位角设置的不同参数的锥体的多个段。这些段可以绕轴线40设置。在这种情况下，关于轴线40的圆柱对称性是不完整的。在本发明的一个实施方式中，可以存在旋转表面的两等分，每个等分由相异的表面参数表征。遮光器(未示出)可以在两等分之间旋转，以使得目标10被相异能量的单色化x射线周期性辐照。

在图4的实施方式中，尽管仅示出由涂有HOPG的对数螺旋段38衍射的x射线30，但是x射线30从例如x射线管(未示出)的阳极31的点状x射线源45射进2π弧度，即，射进全部向前的半平面。由于聚焦元件39的对数螺线段38的衍射角和配置，前述x射线(在本文中有时被称为主要x射线束)被引导朝向样品4(在本文中还可称为“目标”)。

聚焦元件39的表面32可以是旋转面，并因此在聚焦辐射的包封(envelop)的横向平面上绕延伸通过阳极31(或x射线源的其它部分)和质心的中心轴线40基本圆柱对称。如本文所使用的，“衍射线的包封”将指的是被光束截捕器(beamstop)33晕映(vignette)并被聚焦元件39聚焦的x射线的横截面。应该理解在本发明的范围内，表面32不需要是圆柱对称的，并且其中可具有断裂。

如本文所使用的，当且仅当在垂直于中心轴线40的任意平面48上，点42处于被聚焦元件39聚焦的衍射线35的包封的投射46的内部时，点42处于“聚焦元件39内部”。所有处于“聚焦元件39内部”的点42的集合被定义为“处于聚焦元件39的内部的体积(volume)”。依照这个定义，例如点44处于聚焦元件39的“内部”，即使表面32被缩短比点44的位置更远离样品4。

在本发明的优选实施方式中，通过检测器34的任何片体(slice)47完全处于由聚焦元件39聚焦的衍射线35的包封的片体47表面上的投射49内部。实际上，在本发明的其他优选的实施方式中，在前述意义上，基本全部的检测器壳体36都位于聚焦元件39的内部。

光束截捕器33可沿中心轴线40放置以拦截并吸收来源于源点45的辐射，否则辐射会撞击检测器壳体36或者遗漏聚焦元件39。可选地，光束截捕器33可形成检测器壳体36的整体部分。检测器34优选为能量分辨的。HOPG段32的布置也被选定使得衍射线35不与HOPG段32相互作用就可通过检测器34并照射样品4。还注意到样品布置使得聚焦系统可用于提供区域37上的照度而不是点处的照度。

虽然在本文中依照本发明的实施方式描述的方法在一定能级的范围上是有用的，但是主要限度是关于尺寸的。图4的配置示出了检测器壳体36中的检测器34(在所示的情况中，TO-8包(package))，壳体36建立容纳检测器34所必需的内室尺寸并且不使入射或衍射x射线束撞击其上。图4中描绘的实施例是基于HOPG的使用从而聚焦E＝2.984keV处的银L_α1x射线，其中聚焦圆柱直径为～0.8英寸，而且长度为～1.5英寸。确定因子是选定的角θ和聚焦配置。当能量增加时，Bragg散射角能由公式1确定：

θ＝arcsin(6.2n/dE). (2)

例如，当E为30keV时，θ≈3.5°。用于减少尺寸以及不同的应用对象的检测器封装的尺寸中的变化可允许对较高能量有用的配置。以下实施例被设计为利用银的L_α1线(2.984keV)从而激励硫荧光x射线。

关于Ag-Lα(2.984keV)的HOPG的2θBragg衍射角约为76.52°。因此，如在图4中描绘的，具有从θ至2θ极角的点源单色仪的立体角为非常大的3.47球面度(steradian)。在该能量处的高质量HOPG的峰反射率为0.22，因此这种设计的最大反射立体角为仍较大的0.76球面度。相比之下，手持式XRF仪的源利用立体角(未滤波的)更典型地约为0.06球面度。

在本发明的一个实施方式中，如以上所限定的，r₀＝2.225英寸(56.5mm)，以使得处于会聚的x射线束内部的包封能适当地容纳TO-8检测器包。因此被限定的HOPG光学系统的总长度为0.654英寸(16.61mm)而且在口部处的直径为1.182英寸(30.01mm)。从源点到样品的距离应至少为1.5英寸(38.1mm)。HOPG的厚度不需超过100μm。

实施例：测量油中的硫

在本发明的一个实施方式中，使用相对简单的单面HOPG光学系统39用作源的单色仪。单色仪通过仅将窄带辐射传送至样品表面上来消除源连续辐射，否则这将是检测器背景的主要原因。更具体地，在硫检测的情况下，(由于x射线管中的轫致辐射发射)源连续可另外提供硫K_α区域(～2.3keV)中不需要的背景。通过保持源能量较低来使样品反向散射(康普顿(Compton)和瑞利(Rayleigh))最小化，这样有利的是可控制利用计数的能量色散检测器或者会通过检测器拖尾产生过多的背景。

对于单色化源的优选能量范围是～3.0至～3.5keV，其足够高以避免反向散射峰与硫的峰直接交叠，而且足够低以保持硅检测器的逃逸峰偏离。这个能量范围与Ag-L_α1(2.984keV)非常一致，因此可以采用容易得到的银阳极x射线源来产生主要x射线束。

HOPG光学系统允许采集较大部分的源输出并且其方向朝向样品。检测器壳体36内的检测器34沿HOPG光学系统的中心轴线40放置，被嵌入通过会聚源射线35形成的袋中。这种紧凑耦合的样品至检测器的几何图形确保了从样品4发出的荧光x射线中的大部分将到达检测器34。在图4中描绘了该几何图形的基本布局。

由源和检测器的可用立体角得到有效的使用。如依照本发明的实施方式所教导的，相对于具有HOPG光学系统的同轴检测器，其它方案会牺牲立体角的较大部分。依照本发明，同轴检测器的放置能容易地利用4球面度或更多的源立体角。这种源使用率是在现有技术中采用的XRF偏振方案的源使用率的40至50倍。通过样品4与检测器34之间存在的短距离，本发明还可以有利地提供更大的检测器立体角。

HOPG光学系统的可选用法是将次级发射体用作“单色化”源。可采用的几何图形类似于前文所描述的那个，但是用例如银或锡的次级发射体来代替HOPG涂层，即，用基本纯的元素金属来替代HOPG。该次级发射方案的一个缺陷是低效率，这是因为次级发射是基本同向的，因此这些发射中仅一小部分到达样品。此外，荧光产量较低(约为Ag-L_α1的5％)。因此，为了获得可比的性能，源功率必须增加至少是数量级的较大因子。另一个缺陷是次级发射体用作单色仪没有HOPG那么好。因此，到达样品的辐射中增加了离开次级发射体的源光谱的散射。虽然HOPG在偏离能处也会散射，但是在这些能量处的散射不会优先直接朝向样品，就像在单色仪能量处的那样。尽管如此，次级发射体相对于HOPG光学方案来说保留了简单性、低费用以及不严格的精度需求的优点。如果可获得附加的管功率(如在台式系统中的那样)，那么次级发射体配置会令人感兴趣。

在另一示例性应用中，如在水泥中检测轻元素，优选的阳极目标材料不是产生若干低能量的L x射线的Ag或Sn，而是在可比的能量区域中产生几乎单色化的K x射线的、例如Cl、K或Ca的一个或多个轻元素。

依照本发明的另一些实施方式，由样品4发射的X射线(或其它)可在较大张角处采集并且消色差地或具有能量分辨率地传送至检测器34上。在图5中通过示例性而不是限制性的方式描绘了一个这样的实施方式。在所示的实施方式中，通过利用被放置在样品4与检测器34之间的聚焦元件52(优选对数螺线)将样品发射物55单色化来增强信噪比。第二光束截捕器54可被插在样品与检测器之间，以便将检测到的发射限制为通过聚焦元件52折射进检测器34中的波长范围。

因此，依照参考图5所描述的本发明的实施方式，采用了两个x射线光学聚焦元件。第一聚焦元件39将单色辐射从x射线源31传送至样品4的表面11上的单个“点”50。应该理解点50指的是虽然有限，但是小范围的焦域。第二聚焦元件52选择性地将荧光辐射55从样品表面11引导至检测器34。

聚焦元件39和52、检测器34、以及辐射光束截捕器33和54中的若干部件优选沿中心轴线40(将x射线源3连接至样品表面11上的焦点50)同心地对准。x射线源3可以是具有小的电子聚焦点的x射线管，以使得x射线从该管的阳极目标31上的小区域45发射。阳极目标31可以是银以产生Ag-L_α1x射线(2.984keV)。

依照优选的实施方式，第一聚焦元件39是点对点的聚焦单色仪。为了利用具有固定的原子晶格间隔(以及固定的散射角θ)的晶体材料获得点对点聚焦，所述晶体材料位于连接x射线源点45与样品焦点50的圆弧上。该圆弧的曲率半径由源点和样品焦点之间的距离，以及由全散射角2θ来确定。圆弧和中心轴线确定晶体材料定位于其上的旋转表面。为了将源x射线有效地聚焦在样品表面上，晶体晶格面被对准以使得来源于源的射线在约等于衍射角θ的角度处与晶格面交叉。因此，垂直于晶体晶格面的矢量将全散射角2θ平分。一般来说，那么晶体晶格面就不与晶体材料定位于其上的表面对准。这种聚焦元件可以实现为约翰逊截式晶体的组件，或者通过将(例如，HOPG的)平面晶体片材应用到已被刻纹、开槽、或者燃烧的表面上从而为了适当的聚焦将晶体晶格面对准。

为了选择性地用HOPG将Ag-L_α1辐射(2.984keV)对准，散射角2θ约等于76.5度。在另一示例中，为了用HOPG来选择硫K_α1x射线(2.308keV)，散射角2θ约等于106.4度。

在优选的实施方式中，第一聚焦元件39绕中心轴线40覆盖整个旋转表面。但是即使具有周期性间隙和不连续性，也可能获得从源辐射至样品表面的高效率传送。第二聚焦元件52选择性地以波长色散的x射线单色仪的方式将样品产生的荧光辐射55从样品4引导至检测器34。类似于第一聚焦元件39，第二聚焦元件52关于中心轴线40圆柱对称且同心。这个元件可以用传统的HOPG光学系统来实现，其中晶体面与通过绕中心轴线的旋转对数螺旋表面限定的精确切割并磨光的表面对准。理想地，第二聚焦元件绕中心轴线40覆盖整个旋转表面。但是具有即使周期性间隙和不连续性，也有可能获得从样品4到检测器34的单色化荧光辐射的高效率引导。

被放置在x射线源3与检测器34之间的光束截捕器33阻止源x射线直接撞击检测器。类似地，第二光束截捕器54可以位于样品表面11与检测器34之间以拦截样品散射的辐射，否则样品散射的辐射会撞击检测器并增加背景。

检测器34可以是固态的能量色散脉冲计数型，例如硅PIN二极管或者硅漂移检测器。可选地，检测器34可以是充气型的，例如比例计数器、或者固体闪烁体。由于第二聚焦元件52用作波长色散单色仪，检测器34不需要通过x射线能量区分并且可以在当前(集成化)模式下运行。

虽然依照图5的本发明的实施方式提出点对点聚焦和源、光学系统以及样品的适当对准的特殊的关键性需求，但是可以有利地获取这个配置特有的性能等级(关于信噪比率、检测限度等)。应该理解，本发明不限于任何特殊形状的聚焦元件39或聚焦元件52，也不限于特殊材料的性能，例如仅通过示例已讨论过的上文系统中的那些。此外，应该理解，聚焦元件39和52之一可以是复合表面，因为曲线参数可以被插入沿轴线40的离散间隔中。可选地，可以采用其它轮廓的衍射表面，例如约翰逊截式晶体等，其各种变化在第6,389,100号美国专利(Verman)中已讨论，该专利通过引用并入本文，并且所有变化都在本发明的范围内。具体来说，点对点聚焦单色仪可以采用椭圆聚焦元件，其中d间隔以受控的方式变化；横向分级的多层和横向分级的晶体(例如，Si-Ge)是没有限制性意图而提供的特殊示例。

以上描述的本发明的实施方式旨在仅示例性的；许多变化和修改将对本领域的技术人员是显而易见的。作为这种变化的示例，应该理解，本发明的范围内所教导和权力要求所保护的几何图形的有利使用包含各种x射线应用并且不限于荧光光谱学。所有这些变化和修改都试图在由所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于表征样品的x射线荧光仪器，所述仪器包括：

a.x射线的点状源；

b.聚焦元件，用于将来自所述点状源的x射线引导至所述样品上的焦域上并且产生聚焦辐射的包封，所述聚焦元件由内表面来表征；以及

c.x射线检测器，被放置使得所述检测器在任何平面上的任何片体处于将辐射聚焦到该平面上的所述包封的投射的内部。

2.依照权利要求1所述的x射线荧光仪器，其中所述检测器是能量分辨的。

3.依照权利要求1或2所述的x射线荧光仪器，其中所述检测器被配置在检测器壳体内，所述检测器壳体基本限定处于所述聚焦元件内部的体积。

4.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，其中所述聚焦元件的所述内表面由关于中心轴线的对数螺线几何图形表征。

5.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，其中所述聚焦元件的所述内表面关于中心轴线圆柱对称。

6.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，其中所述聚焦元件的所述内表面由多个段表征。

7.依照权利要求6所述的x射线荧光仪器，其中所述多个段关于中心轴线布置。

8.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，其中多个聚焦元件被同心嵌入。

9.依照权利要求6或7所述的x射线荧光仪器，其中所述聚焦元件的所述内表面沿所述中心轴线插入。

10.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，其中所述聚焦元件适合于充当x射线辐射的单色仪。

11.依照权利要求10所述的x射线荧光仪器，其中所述内表面充当次级发射面。

12.依照权利要求10所述的x射线荧光仪器，其中所述内表面被涂有晶体材料或准晶体材料。

13.依照权利要求10所述的x射线荧光仪器，其中所述内表面被涂有高定向热解石墨。

14.依照权利要求8所述的x射线荧光仪器，其中所述内表面是基本纯的元素金属。

15.依照权利要求1所述的x射线荧光仪器，进一步包括在所述源与所述检测器之间沿中心轴线配置的光束截捕器。

16.依照权利要求15所述的x射线荧光仪器，进一步包括光束截捕器，其中所述光束截捕器是所述检测器壳体的整体部分。

17.依照以上权利要求中的任一项所述的x射线荧光仪器，进一步包括用于将所述样品的发射引导至所述x射线检测器上的第二聚焦元件。

18.依照权利要求17所述的x射线荧光仪器，其中所述第二聚焦元件包括波长色散的x射线单色仪。

19.依照权利要求17所述的x射线荧光仪器，进一步包括插入所述样品与所述x射线单色仪之间的第二光束截捕器。

20.一种用于从样品激发并检测x射线荧光的方法，所述方法包括：

a.产生主要x射线束；

21.依照权利要求20所述的方法，其中将所述主要x射线束引导至样品上的步骤进一步包括同时将入射到所述样品之前的主要x射线束单色化。

22.依照权利要求21所述的方法，其中所述单色化的步骤包括将来自次级目标的主要x射线束反射。

23.依照权利要求22所述的方法，其中所述次级目标通过包括银的表面来表征。

24.依照权利要求20-23中的任一项所述的方法，进一步包括将从所述样品发出的荧光x射线聚焦在检测器上。

25.依照权利要求20-24中的任一项所述的方法，进一步包括将从所述样品中发出的荧光x射线单色化。