近年來人們對室內(nèi)揮發(fā)性有機化合物（ＶＯＣ）的關(guān)注度持續(xù)增加，原因為：１）由于室內(nèi)空氣流動緩慢、新風(fēng)供應(yīng)不足，加上裝修裝飾材料及新型材料在室內(nèi)的大量使用等原因，室內(nèi) ＶＯＣ的濃度普遍高于室外環(huán)境［１－３］；２）多數(shù) ＶＯＣ對人體健康存在負面效應(yīng)，系物）可能引起哮喘、癌癥、白血病等疾病［１，４］；３）長期接觸低濃度 ＶＯＣ（比如苯人們約９０％的時間在室內(nèi)度過［５－６］。已有研究表明，室內(nèi)是人體對污染物暴露的主要場所，約７０％的暴露風(fēng)險來自室內(nèi)。所以，對室內(nèi) ＶＯＣ進行檢另外，隨著我國快速的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，室內(nèi)外環(huán)境已發(fā)生了顯著變化，數(shù)億人口受到影響［７］。另外，隨著我國快速的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，室內(nèi)外環(huán)境已發(fā)生了顯著變化，數(shù)億人口受到影響［７］。但是現(xiàn)階段，反映我國室內(nèi) ＶＯＣ污染特性的測試（數(shù)據(jù)）很少，主要原因是缺少經(jīng)濟適用和準(zhǔn)確可靠的采樣方法［８－９］。因此，根據(jù)我國實際情況，發(fā)展經(jīng)濟適用且準(zhǔn)確可靠的檢測方法十分必要。由于環(huán)境溫度和通風(fēng)等因素的改變，環(huán)境中的ＶＯＣ種類和濃度時常發(fā)生時間和空間上的變化。被動采樣器基于分子自由擴散采集空氣樣品，可持續(xù)工作幾小時甚至幾天，獲取污染物的時間加權(quán)平均濃度，能準(zhǔn)確地反映人體的暴露水平［１０］，因而備受人們關(guān)注。而主動采樣需要電力支撐，不適合長時間采樣，難以給出有效的暴露信息。此外，被動采樣器由于具有輕便、體積小，采樣無噪聲、無需人員看管且價格低廉等優(yōu)點，在大范圍和個體采樣中自１９７３年Ｐａｌｍｅｓ等人［１３］成功發(fā)展了可定量分析 ＮＯ２ 的被動采樣技術(shù)以來，人們設(shè)計和研制了多種不同的被動采樣器，如 Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ［１４］，３Ｍ３５００［１５］，ＳＫＣ［１６］，Ｒａｄｉｅｌｌｏ［１７］等。此外，被動采樣器的應(yīng)用范圍也不斷拓展，最初僅適合空氣采樣，現(xiàn)已成功應(yīng)用于水環(huán)境、土壤環(huán)境和氣溶膠的采樣分析。但需指出的是，本文主要關(guān)注適用于室內(nèi)空氣中 ＶＯＣ采樣分析的被動采樣器。圖１列出了４０年來已發(fā)展的重要被動采樣器。根據(jù)被動采樣器阻擋層的不同，現(xiàn)有被動采樣器可分為兩類：擴散式采樣器和滲透式采樣器。擴散式采樣器阻擋層為一層較厚的多孔材料，而滲透式采樣器阻擋層為一層較薄的滲透膜。它們的作用均是減少采樣器內(nèi)部氣體流動受外部環(huán)境因素的干擾。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有被動采樣器檢測 ＶＯＣ的性能依然不夠穩(wěn)定，表現(xiàn)在被動采樣器測試不確定度波依然不夠穩(wěn)定，表現(xiàn)在被動采樣器測試不確定度波閲?鏍烽€熺巼鐨勫彉鍖栧彲瀵艱嚧錛橈紣錛呬互涓婄殑嫻嬭瘯涓嶇‘瀹?度［１８］。同時發(fā)現(xiàn)，Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ擴散管對苯的采樣速率存在高達３００％的偏差［１９－２１］。因此，繼續(xù)提高被動采樣器測試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性十分重要。欲實現(xiàn)此目標(biāo)，關(guān)鍵是科學(xué)設(shè)計采樣器使之在不同測試環(huán)境下的采樣速率保持穩(wěn)定［１１，１８，２２－２３］。基于此目標(biāo)，本文回顧了被動采樣器的工作原理和幾何結(jié)構(gòu)，以及環(huán)境因素對采樣器性能的影響；并以被動采樣器暴露量測試誤差最小為反問題優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合被動采樣器的結(jié)構(gòu)特性建立了傳質(zhì)模型，提出了一種新的被動采樣器設(shè)計方法。１　被動采樣器的工作原理和設(shè)計方法行了描述，假定吸附劑為絕對的匯，即污染物在吸附劑表面的濃度為０，建立了一個簡單的穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)模型，得到采樣速率ＳＲ＝ＤＡ／Ｌ，其中Ｄ 為空氣中污染 物 擴 散 系 數(shù)，Ａ 為 擴 散 面 積，Ｌ 為 擴 散 距離［１３］。而后，Ｇｏｒｅｃｋｉ等人總結(jié)了擴散式采樣器和滲透式采樣器的工作原理［２４］，見表１，同樣假定吸采樣速率有明顯差別，利用其進行計算，將低估污染物濃 度［２７］。由 此 可 見，現(xiàn)有僅考慮阻擋層（擴散層或滲透膜）內(nèi)傳質(zhì)過程的被動采樣器的工作原理不能很好地預(yù)測采樣器的性能，利用其指導(dǎo)采樣器設(shè)計將產(chǎn)生偏差。樣器的應(yīng)用范圍也不斷拓展，最初僅適合空氣采樣，現(xiàn)已成功應(yīng)用于水環(huán)境、土壤環(huán)境和氣溶膠的采樣分析。但需指出的是，本文主要關(guān)注適用于室內(nèi)空氣中 ＶＯＣ采樣分析的被動采樣器。圖１列出了４０年來已發(fā)展的重要被動采樣器。根據(jù)被動采樣器阻擋層的不同，現(xiàn)有被動采樣器可分為兩類：擴散式采樣器和滲透式采樣器。擴散式采樣器阻擋層為一層較厚的多孔材料，而滲透式采樣器阻擋層為一層較薄的滲透膜。它們的作用均是減少采樣器內(nèi)部氣體流動受外部環(huán)境因素的干擾。度［１８］。同時發(fā)現(xiàn)，Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ擴散管對苯的采樣速率存在高達３００％的偏差［１９－２１］。因此，繼續(xù)提高被動采樣器測試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性十分重要。欲實現(xiàn)此目標(biāo)，關(guān)鍵是科學(xué)設(shè)計采樣器使之在不同測試環(huán)境下的采樣速率保持穩(wěn)定［１１，１８，２２－２３］。基于此目標(biāo)，本文回顧了被動采樣器的工作原理和幾何結(jié)構(gòu)，以及環(huán)境因素對采樣器性能的影響；并以被動采樣器暴露量測試誤差最小為反問題優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合被動采樣器的結(jié)構(gòu)特性建立了傳質(zhì)模型，提出了一種新的被動采樣器設(shè)計方法。采樣速率有明顯差別，利用其進行計算，將低估污染物濃 度［２７］。由 此 可 見，現(xiàn)有僅考慮阻擋層（擴散層或滲透膜）內(nèi)傳質(zhì)過程的被動采樣器的工作原理不能很好地預(yù)測采樣器的性能，利用其指導(dǎo)采樣器設(shè)計將產(chǎn)生偏差。以被動采樣器暴露量測試誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合被 動 采樣器的 傳質(zhì)模 型，指 導(dǎo) 被 動采樣 器設(shè)計［２８］。該方法優(yōu)先考慮對被動采樣器測試不確定度貢獻較大的因素：環(huán)境濃度的波動、分析儀器檢測下限以及環(huán)境風(fēng)速變化。以被動采樣器測量暴　　對該傳質(zhì)模型進行空間有限離散，再結(jié)合邊界條件和初始條件可數(shù)值求解。結(jié)果輸出為采樣器擴散層和吸附劑層內(nèi) ＶＯＣ 隨時間和空間變化的濃度值。結(jié)合反問題優(yōu)化目標(biāo)，可得到不同采樣情形下采樣器的誤差值。在全局空間搜索滿足小誤差的采樣器的關(guān)鍵參數(shù)（Ｄｓ，Ｋ 等），即可有效指導(dǎo)采樣器設(shè)計。模擬結(jié)果見文獻［２８］。基于此思路，筆者研發(fā)了一種新型被動采樣器ＴＨＰＤＳ，見圖３。擴散殼為３０ｍｍ 長不銹鋼顆粒燒　　采樣器結(jié)構(gòu)與采樣器性能密切相聯(lián)，它不僅限定了采樣速率，也在一定程度上影響了采樣器吸附劑的選擇以及分析物的脫附方式。表２總結(jié)了目吸附劑及脫附方式。徽章式采樣器因其采樣后可作為萃取容器，故脫附方式一般為萃取，吸附劑最常采用活性炭，其次為硅膠和分子篩等；而管式軸向和管式徑向采樣器一般適合熱脫附，吸附劑則包１）徽章式采樣器：形似紐扣，擴散面積較大，擴散半徑較小，因而采樣速率較大，但受環(huán)境風(fēng)速影響也較明顯。開口處一般放置擴散層或滲透膜。吸附劑既可選擇適合萃取解析的活性炭［２９－３０］，又可２）管式軸向采樣器：采樣管一端或兩端開口，擴散面積最小，擴散半徑較大，因此采樣速率一般最小。一般地，可通過調(diào)節(jié)長徑比，減小環(huán)境因素３）管式徑向采樣器：軸心對稱設(shè)計，分子沿采樣器半徑方向自由擴散，擁有較大的擴散面積和較小的擴散半徑，因而采樣速率一般最大。采樣器既可填充適合熱解析的吸附劑，又可填充適合萃取解析的吸附劑［１７］。如圖４ｃ所示，Ｒａｄｉｅｌｌｏ是目前使用最多的管式徑向采樣器。　　采樣器結(jié)構(gòu)與采樣器性能密切相聯(lián)，它不僅限定了采樣速率，也在一定程度上影響了采樣器吸附劑的選擇以及分析物的脫附方式。表２總結(jié)了目吸附劑及脫附方式。徽章式采樣器因其采樣后可作為萃取容器，故脫附方式一般為萃取，吸附劑最常采用活性炭，其次為硅膠和分子篩等；而管式軸向和管式徑向采樣器一般適合熱脫附，吸附劑則包結(jié)而成的多孔圓柱，孔隙率為３７％～３８％，外徑１０ｍｍ，厚度３ｍｍ；ＶＯＣ分 子沿圓柱半徑方向擴