CN108872282A - 单色聚焦x射线光源及采用该光源分析低含量铅砷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单色聚焦X射线光源及采用该光源分析低含量铅砷的方法，光源包括射线发射机构、前光栏、聚焦环和后光栏，前光栏对应于射线发射机构设置，聚焦环设置在前光栏前方，后光栏设置在聚焦环前方，聚焦环内侧的聚焦环内表面采用鼓形结构，前光栏、聚焦环内表面和后光栏同轴设置，其轴心与射线发射机构的中轴线相重合。本发明采用鼓形聚光器对X摄像进行单色、汇聚，从而形成高强度单色光，可对低含量砷元素进行检测。本发明照射样品的X射线恰好高于砷元素的K吸收限11.867keV，可高效激发砷元素的特征X射线但不会激发铅元素，完全避免了铅元素特征荧光的干扰。

Description

单色聚焦X射线光源及采用该光源分析低含量铅砷的方法

技术领域

本发明公开一种X射线光源及其应用，特别是一种单色聚焦X射线光源及采用该光源分析低含量铅砷的方法。

背景技术

在社会生产和人民生活中，经常需要分析、检测有害元素，目前最常用的快速检测方法是X射线荧光光谱法，所使用的仪器为X射线荧光光谱仪。

X射线荧光光谱仪(即X-Ray Fluorescence Spectrometer，常简称为XRF)作为一种快速无损检测工具，被广泛应用于有害元素检测领域。其原理是：X射线荧光光谱分析法(X-Ray Fluorescence)是利用初级X射线光子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析的方法。当X射线光子照射物体时，会发生包括热、透射、散射、光电效应等在内的相互作用，其中光电效应中的荧光X射线可被用来做元素分析。请参看附图1，当X射线光子能量大于被照射物体中原子内层电子的结合能(Binding Energy，此能量也称为吸收限)时，核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁，而在内层电子轨道上留下一个空穴，处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴，将过剩的能量以X射线的形式放出，所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线，称为特征X射线，其能量等于原子内壳层电子的能级差，即原子特定的电子层间跃迁能量。

特征X射线的符号表示方法常用名(Siegbahn)根据跃迁情况命名，例如向K层跃迁的为K线系，包括Kα(L层向K层跃迁)、Kβ(典型为M层向K层跃迁)，向L层跃迁的为L线系。特征X射线谱线的相对强度一般为K线系强度>L线系强度>M线系强度，同线系中强度Kα>Kβ(典型的Kα与Kβ强度比约为15：2)，Lα>Lβ(典型的Lα与Lβ强度比约为4：3)，原则上选用较强的特征X射线谱线作分析。X射线荧光分析法是根据特征X射线的能量来鉴别元素(定性)，并根据该元素X射线荧光光子数来分析元素在物体中的含量(定量)。

其中探测器的作用是接收元素的特征X射线光子的同时，区分不同能量的光子，并对不同能量的光子进行计数，所有的X射线探测器都具有一定的能量分辨本领，称为能量分辨率，即能够分辨出能量有一定差距的X射线光子，能量分辨率通常以5.9keV处的MnKα线最大幅度一半处的谱线宽度(FWHM)来表示。

考虑到分析对象(电子电器产品、矿物、油料、金属材料等)中的分析目标元素(其K线系或L线系能量低于50keV)，目前较常用的商用X射线荧光光谱仪多选用硅半导体探测器，该类探测器的能量分辨率常见为145eV(1keV＝1000eV)，最优可至125eV，以上分辨率数值为实验室中理想情况下取得，实际应用中对不同能量X射线光子的分辨率约在上述值基础上增加约50eV～300eV。目前较常用的商用X射线荧光光谱仪选用做特征X射线荧光的光子能量分布于0～50keV能量段中，并根据特征X射线谱线的相对强度规律选择谱线作分析。

请参看附图2和附图3，在实践中会遇到一些元素谱线互相干扰情况：(1)、相邻谱线干扰：如果样品中同时存在的某些元素各自被分析的特征X射线荧光光子能量差小于探测器的能量分辨率，则探测器无法区分，即是说目前常用的商用X射线荧光光谱仪无法同时分析这些元素。典型的例子有：样品中同时存在铅(Pb)、砷(As)，铅的Lα能量为10.542keV，砷的Kα能量为10.532keV，二者相差约10eV，远低于探测器能量分辨率，不能被探测器所区分。(2)、倍峰干扰：如果两个或多个X射线光子到达探测器的时间间隔小于探测器的最小响应时间间隔，则探测器会把这些光子的能量叠加记录，进而以叠加后的能量作为判定特征X射线的依据，由此产生的现象常被称为倍峰，其中2倍峰最为明显，3倍以上倍峰不明显，常不作考虑。典型的例子有：样品中同时存在铅(Pb)、铁(Fe)，铁的Kα能量为6.4keV，2倍峰能量为12.8keV，与铅的Lα能量相差约17eV，不能被探测器所区分。(3)、逃逸峰干扰：当进入探测器的X射线光子能量高于探测器接收基体元素的吸收限(常见探测器中基体元素为硅Si，K线系吸收限为1.839)时，有一定概率激发基体元素产生其特征X射线，由于基体元素的原子对本身特征X射线吸收很小，所以产生的X射线便从探测器中逃走，同时产生一个附加脉冲，其能量等于入射光子与基体元素特征X射线(Si Kα能量为1.74keV)的能量差，经探测器光电转换并表现在谱图上，被称为逃逸峰(逸出峰)。典型的例子有：铁(Fe)Kβ逃逸峰能量为5.318keV(铁Fe Kβ能量7.058keV减去硅Si Kα能量1.74keV)，与铬(Cr)Kα能量5.412相差94eV，不能被探测器所区分。

如果存在一种或多种干扰，则现有常见商用X射线荧光光谱仪常无法应付，最典型的例子为：样品中同时存在铅(Pb)、砷(As)，属于相邻谱线干扰，目前要分析此类样品中的铅时所采用的方法为选用铅的Lβ(12.626)作为特征X射线，避免砷的干扰。而分析砷则选用砷的Kβ(11.726)作为特征X射线。但如果样品中砷元素含量低时，砷的Kβ强度弱，而且容易收到铅元素的干扰，目前商用X射线荧光光谱仪尚无有效检测手段。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的X射线荧光光谱仪在样品中砷元素含量低时，检测效果差的缺点，本发明提供一种单色聚焦X射线光源及采用该光源分析低含量铅砷的方法，其采用鼓形聚光器对X射线进行单色、汇聚，从而形成高强度单色光，可对低含量砷元素进行检测。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种单色聚焦X射线光源，光源包括射线发射机构、前光栏、聚焦环和后光栏，前光栏对应于射线发射机构设置，聚焦环设置在前光栏前方，后光栏设置在聚焦环前方，聚焦环内侧的聚焦环内表面采用鼓形结构，前光栏、聚焦环内表面和后光栏同轴设置，其轴心与射线发射机构的中轴线相重合。

一种采用如上述的单色聚焦X射线光源分析低含量铅砷的方法，该方法包括下述步骤：

S1、射线管靶材中心处发射单色前射线，经前内光栏、前外光栏限制后，以与聚焦环的晶格面夹角相同的角度照射到聚焦环内表面各点；

S2、在聚焦环内表面的晶格面上，发生布拉格衍射，单色前射线被单色化成为单色X射线能量为11.87keV的单色射线，经后光栏限制后聚焦于样品表面；

S3、聚焦射线照射样品，激发样品中特定待分析元素的X射线荧光，被探测器接收后由计算机处理，得到元素的含量等信息。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的射线发射机构包括外壳、阳极、灯丝、窗口和靶材，阳极嵌装在外壳内，靶材固定安装在阳极上，灯丝固定安装在外壳内，且灯丝对应于靶材设置，窗口固定安装在外壳上，窗口采用对X射线具有高透过率的材质制成。

所述的靶材至灯丝之间的距离为10～20mm，靶材至窗口之间的距离为20～40mm。

所述的前光栏包括前外光栏和前内光栏，前外光栏和前内光栏采用X射线不易穿透的材料制成，前内光栏采用圆台形，底部面积小于顶部面积，前内光栏底部平面贴装在窗口上，前外光栏内部为空心状，内部空心呈圆台形，前外光栏内部底部面积小于顶部面积，前内光栏底部平面贴装在窗口上，前内光栏设置在前外光栏内，前内光栏中心线与前外光栏内部的空心的中心线重合。

所述的前内光栏底部直径为13～14.5mm，前内光栏外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°；前外光栏内的空心底部直径为18～19mm，前外光栏内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°。

所述的前外光栏的高度为8～10mm，前内光栏的高度为20～24mm。

所述的聚焦环采用一整块晶体制成，或采用两块以上的晶体拼接而成，聚焦环材料为黄玉、氟化锂、氯化钠、石英或人工多层薄膜等但不限，晶格平面的面间距为0.2014μm。

所述的聚焦环高度为30～34mm，聚焦环底部至靶材之间的距离为63.5～64.8mm，聚焦环顶面至待检测样品聚焦点之间的距离为63.5～64.8mm。

所述的聚焦环内表面为约翰型、约翰逊型或对数螺线型，制作聚焦环时，先将聚焦环的内表面弯曲成半径2R，再以R为曲率半径去除表面材料，聚焦环内表面各参数：R＝120～200mm，2R＝240～400mm，入射射线入射角θ＝15.036°，单色X射线能量为11.87keV。

所述的后光栏包括后内光栏和后外光栏，后内光栏和后外光栏采用X射线不易穿透的材料制成，后内光栏采用圆台形，底部面积大于顶部面积，后内光栏外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°，后外光栏内部为空心状，内部空心呈圆台形，后外光栏内部底部面积大于顶部面积，后内光栏设置在后外光栏内，后内光栏中心线与后外光栏内部的空心的中心线重合，后外光栏内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°，从而在后外光栏和后内光栏之间形成环形的缝隙；或者后光栏采用小孔光栏，小孔光栏采用X射线不易穿透的材料制成，小孔光栏为一空心锥台形，其内表面沿穿过锥台中轴的平面所做截面的边缘与中轴的夹角应大于θ。

本发明的有益效果是：本发明采用鼓形聚光器对X摄像进行单色、汇聚，从而形成高强度单色光，可对低含量砷元素进行检测。本发明照射样品的X射线恰好高于砷元素的K吸收限11.867keV，可高效激发砷元素的特征X射线但不会激发铅元素，完全避免了铅元素特征荧光的干扰。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为X射线与物质的相互作用示意图。

图2为X射线荧光产生示意图。

图3为商用能量色散型X射线荧光光谱仪的检测流程图。

图4为布拉格定律反射示意图。

图5为本发明实施例一剖面结构示意图。

图6为本发明实施例二剖面结构示意图。

图7为本发明聚焦环结构示意图。

图8为图7的A局部放大结构示意图。

图中，1-外壳，2-阳极，3-灯丝，4-窗口，5-靶材，6-靶材中心，7-中轴线，8-前外光栏，9-前内光栏，10-单色前射线，11-聚焦环，12-聚焦环内表面，13-后内光栏，14-后外光栏，15-单色后射线，16-样品，17-样品表面聚焦点，18-探测器，19-小孔光栏，20-聚焦点，21-垂直于晶格面的法线，22-被弯曲过的晶格面，23-以R为曲率半径研磨过的晶体表面。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请结合参看附图5至附图8，本发明主要为一种单色聚焦X射线光源，其主要包括射线发射机构、前光栏、聚焦环11和后光栏，前光栏对应于射线发射机构设置，聚焦环11设置在前光栏前方，后光栏设置在聚焦环11前方，聚焦环11内侧的聚焦环内表面12采用鼓形结构，前光栏、聚焦环内表面12和后光栏同轴设置，其轴心与射线发射机构的中轴线7相重合。

本实施例中，射线发射机构主要为射线管，射线管包括外壳1、阳极2、灯丝3、窗口4和靶材5，阳极2嵌装在外壳1内，靶材5固定安装在阳极2上，灯丝3固定安装在外壳1内，且灯丝3对应于靶材5设置，窗口4固定安装在外壳1上，窗口4采用对X射线具有高透过率的材质制成，可使X射线穿透、射出，本实施例中，窗口4可采用铍Be元素制成的薄窗、聚脂薄膜、玻璃等材质制成，灯丝3对应于窗口4设置，即灯丝3、窗口4和靶材5的中心线与射线发射机构的中轴线7相重合。射线管内为高真空度的真空，其真空度可达到133.322×10^-6～133.322×10^-7Pa，射线管的作用为发射X射线，X射线由以靶材中心6为圆心，直径约0.010mm～2mm(不限)的圆形(不限于圆形)区域发射，并有窗口4射出。本实施例中，靶材5至灯丝3之间的距离为10～20mm，优选的靶材5至灯丝3之间的距离为16.5mm，靶材5至窗口4之间的距离为20～40mm，优选的靶材5至窗口4之间的距离为29mm。

本实施例中，X射线管根据工作方式的不同，主要有如下几种方式：

(1)第一种高压方式：灯丝3一端接地，射线管阳极2加正高压；

(2)另一种高压方式：灯丝3加负高压，射线管阳极2接地；

(3)第三种高压方式：灯丝3加负高压，射线管阳极2加正高压。

以上高压方式目的均为产生高压电场，使灯丝产生的热发射电子向靶材5运动，从而激发靶材5产生X射线。

本实施例中，前光栏包括前外光栏8和前内光栏9，前外光栏8和前内光栏9采用X射线不易穿透的材料制成，一般为铅、铜、钢等但不限，本实施例中前外光栏8和前内光栏9材料为铅。本实施例中，前内光栏9采用圆台形，底部面积小于顶部面积，前内光栏9底部平面贴装在窗口4上，前内光栏9底部直径为13～14.5mm，优选的前内光栏9底部直径为13.07mm，前内光栏9外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°，优选的前内光栏9外侧面与中心线之间的夹角为12.7°；本实施例中，前外光栏8内部为空心状，内部空心呈圆台形，前外光栏8内部底部面积小于顶部面积，前内光栏9底部平面贴装在窗口4上，前内光栏9设置在前外光栏8内，前内光栏9中心线与前外光栏8内部的空心的中心线重合，本实施例中，前外光栏8内的空心底部直径为18～19mm，优选的前外光栏8内的空心底部直径为18.52mm，前外光栏8内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°，优选的前外光栏8内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.71°，从而在前外光栏8和前内光栏9之间形成环形的缝隙。

前内光栏9和前外光栏8将自靶材中心6发射的射线限制照射在聚焦环11内表面，前内光栏9高度可高于前外光栏8，以使前内光栏边缘完全遮挡前外光栏9内壁至样品表面焦点的散射X射线。本实施例中，前外光栏8的高度为8～10mm，优选的前外光栏8的高度为10mm，前内光栏9的高度为20～24mm，优选的前内光栏9的高度为22mm。X射线由以靶材中心6为圆心，直径约0.010mm～2mm(不限)的圆形(不限于圆形)区域发射，经过窗口4后，被前内光栏9、前外光栏8限制于一个空心圆锥范围内，并照射到聚焦环11内壁，此部分射线称为单色前射线，单色前射线包括了各种能量的X射线，为“多色”X射线。

聚焦环11的作用为应用布拉格定律，使照射到其内表面的射线发生衍射单色化，并聚焦在样品表面聚焦点。本实施例中，聚焦环11内部为聚焦环内表面12，聚焦环内表面12呈鼓形，即其呈圆形分布，中间位置直径较大，两端直径较小，聚焦环11可采用一整块晶体制成，也可以采用两块以上的晶体拼接而成(类似于装葡萄酒用的橡木桶结构)。本实施例中，聚焦环11高度为30～34mm，优选的聚焦环11高度为32mm，聚焦环11底部至靶材5之间的距离为63.5～64.8mm，优选的聚焦环11底部至靶材5之间的距离为64.17mm，聚焦环11顶面至样品聚焦点17之间的距离为63.5～64.8mm，优选的聚焦环11顶面至样品聚焦点17之间的距离为64.17mm。

本实施例中，聚焦环11由晶体制成，可将将晶体看成由间距为d的平行原子平面构成，各平行原子平面称为晶格平面。聚焦环11材料可为黄玉、氟化锂、氯化钠、石英、人工多层薄膜等但不限，本实施例中采用氟化锂(LiF)，反射平面为(200)，晶体是氟化锂，LiF是化学式，(200)是描述制作晶体时是把哪个反射平面磨平，d晶格平面的面间距为0.2014μm。布拉格定律表达式如下：

2dsinθ＝nλ

上式中，d为晶格平面的间距，λ为入射射线波长，θ为入射射线、出射射线与晶格平面之夹角，n为整数。

满足上式时，出射射线与入射射线的波长相等，如采用光栏、狭缝等装置使入射射线都以θ角入射到晶格平面，并仅在θ角处取得出射射线，可得到与入射射线波长相等的X射线，达到将射线单色化的效果。

聚焦环内表面12可为约翰型、约翰逊型或对数螺线型但不限，本实施例中采用约翰逊型。制作聚焦环11时，先将聚焦环11的内表面弯曲成半径2R，此时晶格平面有了曲率，称为晶格面；再以R为曲率半径去除表面材料，本实施例中，去除方法采用研磨。本实施例所采用的聚焦环11为内壁有轴向曲率的圆筒形，其他方案也可由多片拼成非环状聚焦器。本实施例中聚焦环内表面各参数：R＝120～200，优选的R＝160mm，2R＝240～400mm，优选的2R＝320mm，θ＝15.036°。本实施例中单色X射线能量为11.87keV。

本实施例中，后光栏有两种结构形式：

实施例一：请参看附图5，本实施例中，后光栏包括后内光栏13和后外光栏14，后内光栏13和后外光栏14采用X射线不易穿透的材料制成，一般为铅、铜、钢等但不限，本实施例中为铅。本实施例中，后内光栏13采用圆台形，底部面积大于顶部面积，后内光栏13外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°，优选的后内光栏13外侧面与中心线之间的夹角为12.7°；本实施例中，后外光栏14内部为空心状，内部空心呈圆台形，后外光栏14内部底部面积大于顶部面积，后内光栏13设置在后外光栏14内，后内光栏13中心线与后外光栏14内部的空心的中心线重合，本实施例中，后外光栏14内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°，优选的后外光栏14内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.71°，从而在后外光栏14和后内光栏13之间形成环形的缝隙。后内光栏13、后外光栏14将单色后X射线限制于一定角度，并遮挡聚焦环内壁产生的散射X射线，减少其照射样品表面。本实施例中，后光栏在聚焦式应用中使用。

实施例二：请参看附图6，本实施例中，后光栏采用小孔光栏19，小孔光栏19采用X射线不易穿透的材料制成，一般为铅、铜、钢等但不限，本实施例中为铅。小孔光栏19为一空心锥台形，其内表面沿穿过锥台中轴的平面所做截面的边缘与中轴的夹角应大于θ。小孔光栏19在小孔式应用中使用。

通过后光栏将单色后射线限制于一定角度，并遮挡聚焦环内壁产生的散射X射线，减少照射样品表面的聚焦环内壁散射X射线。

本发明同时保护一种采用上述单色聚焦X射线光源分析低含量铅砷的方法，包括下述步骤：

S1、射线管靶材中心6处发射单色前射线，经前内光栏9、前外光栏8限制后，以与聚焦环11的晶格面夹角相同的角度照射到聚焦环内表面12各点；

S2、在聚焦环内表面12的晶格面上，发生布拉格衍射，单色前射线被单色化成为单色X射线能量为11.87keV的单色射线，经后光栏限制后聚焦于样品表面。

S3、聚焦射线照射样品，激发样品中特定待分析元素的X射线荧光，即该元素的特征X射线，被探测器接收后由计算机处理，得到元素的含量等信息。

本实施例中，由于采用的后光栏形式不同，聚焦形式也不同：

实施例一、采用聚焦式结构的后光栏，单色处理后的X射线经过后内光栏13和后外光栏14的遮挡后，将射线聚焦集中在点上，有利于检测小面积样品或样品上的小区域。

本实施例中，靶材中心6到聚焦环11下表面距离为63.5～64.8mm，优选的靶材中心6到聚焦环11下表面距离为64.17mm，聚焦环11高度为30～34mm，优选的聚焦环11高度为32mm，聚焦环11上表面到聚焦点距离为63.5～64.8mm，优选的聚焦环11上表面到聚焦点距离为64.17mm。

实施例二、采用小孔式结构的后光栏，在聚焦点处放置一个小孔光栏19，聚焦环内表面12出射射线中，仅与晶格面夹角为θ的射线可通过小孔光栏19，其他角度出射的射线，即聚焦环内壁产生的散射X射线，被小孔光栏19挡住，不会照射到样品表面。小孔式应用可较完全的避免聚焦环11内壁散射线照射样品。小孔式应用可照射样品表面一个环形区域。

本实施例中，靶材中心6、前内光栏9、前外光栏8、聚焦环11、后光栏、样品表面聚焦点环绕中轴线7设置，但中轴线7与阳极2表面不一定垂直，中轴线7与样品16表面不一定垂直，探测器18窗口中心垂线与样品16表面的夹角可改变。

上述实施例中，给出了聚焦式和小孔式两种具体应用形式，实施时，不限于此两种，可根据实际情况选用其他应用形式。

上述实施例中给出的为采用本发明单色聚焦X射线光源进行低含量铅砷的分析方法，具体实施时，本发明中的单色聚焦X射线光源还可通过调整光路结构对不同能量射线进行单色聚焦，以分析有类似互相干扰元素的情况，例如在同时含有钴(Kα能量6.94keV，K吸收限7.112keV)、铒(Lα能量6.949keV，L吸收限8.358keV)的样品中测钴元素等，仅需调整聚焦环3结构以及前光栏结构和后光栏结构，即可得到需要的特定波长的单色X射线。

本发明采用鼓形聚光器对X摄像进行选择、汇聚，从而形成高强度单色光，可对低含量砷元素进行检测。本发明照射样品的X射线恰好高于砷元素的K吸收限11.867keV，可高效激发砷元素的特征X射线但不会激发铅元素，完全避免了铅元素特征荧光的干扰。

Claims (11)

1.一种单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的光源包括射线发射机构、前光栏、聚焦环和后光栏，前光栏对应于射线发射机构设置，聚焦环设置在前光栏前方，后光栏设置在聚焦环前方，聚焦环内侧的聚焦环内表面采用鼓形结构，前光栏、聚焦环内表面和后光栏同轴设置，其轴心与射线发射机构的中轴线相重合。

2.根据权利要求1所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的射线发射机构包括外壳、阳极、灯丝、窗口和靶材，阳极嵌装在外壳内，靶材固定安装在阳极上，灯丝固定安装在外壳内，且灯丝对应于靶材设置，窗口固定安装在外壳上，窗口采用对X射线具有高透过率的材质制成。

3.根据权利要求2所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的靶材至灯丝之间的距离为10～20mm，靶材至窗口之间的距离为20～40mm。

4.根据权利要求1所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的前光栏包括前外光栏和前内光栏，前外光栏和前内光栏采用X射线不易穿透的材料制成，前内光栏采用圆台形，底部面积小于顶部面积，前内光栏底部平面贴装在窗口上，前外光栏内部为空心状，内部空心呈圆台形，前外光栏内部底部面积小于顶部面积，前内光栏底部平面贴装在窗口上，前内光栏设置在前外光栏内，前内光栏中心线与前外光栏内部的空心的中心线重合。

5.根据权利要求4所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的前内光栏底部直径为13～14.5mm，前内光栏外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°；前外光栏内的空心底部直径为18～19mm，前外光栏内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°。

6.根据权利要求4所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的前外光栏的高度为8～10mm，前内光栏的高度为20～24mm。

7.根据权利要求1所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的聚焦环采用一整块晶体制成，或采用两块以上的晶体拼接而成，聚焦环材料为黄玉、氟化锂、氯化钠、石英或人工多层薄膜等但不限，晶格平面的面间距为0.2014μm。

8.根据权利要求2所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的聚焦环高度为30～34mm，聚焦环底部至靶材之间的距离为63.5～64.8mm，聚焦环顶面至待检测样品聚焦点之间的距离为63.5～64.8mm。

9.根据权利要求1所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的聚焦环内表面为约翰型、约翰逊型或对数螺线型，制作聚焦环时，先将聚焦环的内表面弯曲成半径2R，再以R为曲率半径去除表面材料，聚焦环内表面各参数：R＝120～200mm，2R＝240～400mm，入射射线入射角θ＝15.036°，单色X射线能量为11.87keV。

10.根据权利要求1所述的单色聚焦X射线光源，其特征是：所述的后光栏包括后内光栏和后外光栏，后内光栏和后外光栏采用X射线不易穿透的材料制成，后内光栏采用圆台形，底部面积大于顶部面积，后内光栏外侧面与中心线之间的夹角为12.3～13.0°，后外光栏内部为空心状，内部空心呈圆台形，后外光栏内部底部面积大于顶部面积，后内光栏设置在后外光栏内，后内光栏中心线与后外光栏内部的空心的中心线重合，后外光栏内的空心侧面与中心线之间的夹角为17.51～17.91°，从而在后外光栏和后内光栏之间形成环形的缝隙；或者后光栏采用小孔光栏，小孔光栏采用X射线不易穿透的材料制成，小孔光栏为一空心锥台形，其内表面沿穿过锥台中轴的平面所做截面的边缘与中轴的夹角应大于θ。

11.一种采用如权利要求1至10中任意一项所述的单色聚焦X射线光源分析低含量铅砷的方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：

S1、射线管靶材中心处发射单色前射线，经前内光栏、前外光栏限制后，以与聚焦环的晶格面夹角相同的角度照射到聚焦环内表面各点；

S2、在聚焦环内表面的晶格面上，发生布拉格衍射，单色前射线被单色化成为单色X射线能量为11.87keV的单色射线，经后光栏限制后聚焦于样品表面；

S3、聚焦射线照射样品，激发样品中特定待分析元素的X射线荧光，被探测器接收后由计算机处理，得到元素的含量等信息。