目的:生物气溶胶包括细菌、病毒、真菌等生物颗粒,其粒径范围在0.01～100μm之间不等。这些生物气溶胶颗粒可通过空气传播,进入人类的呼吸系统从而导致各种疾病,对人体健康造成危害。高效率的生物气溶胶采集技术是捕获并监测这些颗粒中微生物的重要手段,从而保证生物气溶胶中的微生物活性,用以进一步的生物学分析。本研究针对原有气旋式生物气溶胶采样器存在的问题,对采样器的关键参数进行设计、优化并进行模拟与现场评价,以提高生物气溶胶的采样效率。方法与内容:本论文主要开展以下几个方面的研究:（1）使用气旋式采样器原型机采集了北京、杭州和武汉三个城市各七个不同功能区域的空气样本。针对采集效果、样本成分、分布情况进行了不同物种类别、城市、气象等因素的统计学分析。同时,在使用气旋式采样器原型机的过程中发现一些问题并提出本研究的目的。针对采样器存在采样效率较低,参数未经详细优化,微生物存活率低等问题。在原型机的基础上,进一步研究采样器核心部件优化,增加实验室封闭舱内以及室内现场环境等不同应用场景下采样效率的实验评估。（2）针对气旋式采样器原型样机存在的采样效率问题,提出一种流体力学模拟仿真与正交设计相结合的方法,计算颗粒路径和捕获效率,进而优化采样器核心部件并提高采样效率。通过引入三种核心部件的参数和颗粒尺寸,建立了理论模型并优化出采样效率最高的参数组合,包括气溶胶入口喷嘴射流角度、气体喷嘴与采集液面的距离、采集杯形状,并分析了颗粒粒径对优化的影响。在正交设计中根据仿真计算的数据判定各种因素对采集效率的主次影响顺序。（3）基于流体力学仿真研究结果,在原型机基础上设计并试制一款改进型气旋式生物气溶胶采样器,并在实验室气溶胶试验舱内进行了采样效率测试评价。采用粘质沙雷氏菌作为试验微生物,在封闭式生物气溶胶试验舱内对原型样机、改进型样机、冲击式采样器SKC、AGI-30和安德森六级撞击式采样器等五种仪器进行生物气溶胶采样效率比较测试,进行不同浓度、不同采样时间的比较研究。以安德森六级采样器作为标准参考采样器,得出相对采样效率比。统计结果显示在封闭气溶胶舱内不同菌液浓度下,改进后采样器的相对采样效率与微生物浓度优于原型机（p<0.05）。（4）通过一年间每周一次在大兴国际机场现场采样监测,布置改进型样机、冲击式SKC采样器以及安德森六级采样器,在室内现场环境中对改进后的气旋式采样器的采样效率及微生物浓度进行比较测试。结果提示在开放的室内环境下,使用流量较大的改进型采样器相对于冲击式SKC采样器有较好的相对采样效率（p=0.008）。同时,改进型与SKC采样器样本中的微生物浓度变化趋势有相关性（p=0.018）。分析全年的监测数据发现,全年人流量、温湿度与各采样器采集到的微生物浓度均无相关性（p>0.05）。对改进型气旋式采样器与冲击式SKC采样器采集的样本进行常见呼吸道病毒核酸检测,包括:呼吸道合胞病毒、腺病毒、甲型流感病毒、乙型流感病毒、肠道病毒和人偏肺病毒。全年监测样本的核酸检测结果中有5个样本中检测出甲型流感或乙型流感病毒核酸阳性。创新点与结论:在气旋式生物气溶胶采集技术方面,本论文通过总结在实际采样中存在的问题,以提高采集效率为目的,提出理论与实际相结合的优化改进方法,并在原型机的基础上试制一款新型气旋式生物气溶胶采样器,总结以下创新点及解决的技术难点:（1）首次提出应用正交实验设计与计算流体力学模拟仿真相结合的方法,对气旋式生物气溶胶采样器原型样机进行理论仿真研究,优化设计出采样效率最高的关键技术参数和部件结构,并对关键技术参数进行优化组合。包括:采样瓶倒锥形、喷嘴角度45°、液面距喷嘴10 mm。（2）将试制的样机在实验室气溶胶模拟发生舱内进行不同浓度的测试,用以验证理论仿真分析方法的可靠性和科学性。实验测试结论:改进型与原型样机相比显著提高了相对采样效率（p<0.05）。此外,在室内现场环境下对比采样,改进型样机的相对采样效率高于冲击式SKC采样器（p=0.008）,并且两种采样器采集后的微生物浓度变化趋势有相关性（p=0.018）,表明改进型气旋式采样器具有应用前景。本研究涉及的气旋式生物气溶胶采样技术紧密围绕国家生物安全领域的重大需求,研制出的改进型气旋式生物气溶胶采样器,其采样效率与采集后微生物浓度比原型样机有了显著提升,在现场环境下,改进型比其他采样器采样效率高,具有更广泛的应用前景。在进一步的研究中,可探索分析不同场景下的各种环境因素对改进型气旋式样机采集效果和性能的影响,通过不断实验反馈设计,并结合气旋式采样器原理与结构优化,进一步提升气旋式采样器的整体采样效率。