2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)傳感器的微納制備技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于化學(xué)傳感器的基本組成部分？(A)檢測(cè)器(B)信號(hào)轉(zhuǎn)換器(C)數(shù)據(jù)處理器(D)傳導(dǎo)介質(zhì)2.在化學(xué)傳感器性能指標(biāo)中，指?jìng)鞲衅鲗?duì)目標(biāo)物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)所需的最小濃度或量的指標(biāo)是？(A)選擇性(B)靈敏度(C)響應(yīng)時(shí)間(D)穩(wěn)定性3.利用溶液中化學(xué)物質(zhì)的揮發(fā)或升華來(lái)制備薄膜的技術(shù)，通常稱為？(A)溶膠-凝膠法(B)氣相沉積(C)溶劑蒸發(fā)法(D)自組裝技術(shù)4.下列哪種方法通常不適用于制備具有精確納米級(jí)尺寸和結(jié)構(gòu)的傳感器材料？(A)模板法(B)微流控技術(shù)(C)3D打印(D)簡(jiǎn)單沉淀法5.納米材料的哪些效應(yīng)使其在化學(xué)傳感器中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能？(A)大表面積效應(yīng)(B)尺寸效應(yīng)(C)量子尺寸效應(yīng)(D)以上都是6.將微米或納米結(jié)構(gòu)精確地沉積在基底上的光刻技術(shù)，主要基于的物理原理是？(A)化學(xué)反應(yīng)(B)光的衍射(C)干擾(D)顯微鏡成像7.下列哪種化學(xué)傳感器類型主要基于目標(biāo)分析物與指示劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生信號(hào)？(A)比色傳感器(B)熒光傳感器(C)電化學(xué)傳感器(D)表面等離激元傳感器8.在資源化學(xué)領(lǐng)域，用于監(jiān)測(cè)礦漿pH值變化的傳感器，最常利用的是哪種原理？(A)氧化還原(B)離子選擇性電極(C)熒光猝滅(D)表面增強(qiáng)拉曼散射9.利用微流控芯片進(jìn)行化學(xué)傳感器制備，其主要優(yōu)勢(shì)在于？(A)可制備復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)(B)可實(shí)現(xiàn)樣品處理與檢測(cè)一體化(C)成本極低(D)可大規(guī)模生產(chǎn)10.下列哪項(xiàng)不是化學(xué)傳感器在礦產(chǎn)資源勘查中可能的應(yīng)用方向？(A)礦床氣體成分分析(B)礦石品位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(C)環(huán)境水體污染預(yù)警(D)礦山安全粉塵檢測(cè)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將正確答案填在橫線上）1.化學(xué)傳感器通常由________、________和________三部分組成。2.通過(guò)控制溶液中溶質(zhì)的濃度和pH值，使溶質(zhì)析出并形成凝膠，再經(jīng)干燥固化制備傳感器的薄膜技術(shù)稱為________。3.利用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)氣體或液體流動(dòng)進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)或薄膜制備的技術(shù)，稱為________。4.基于納米材料獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、表面效應(yīng)等，可以顯著提高傳感器的________和________。5.將特定分子固定在傳感器表面，通過(guò)分析物與固定分子間的相互作用（如吸附、催化）來(lái)產(chǎn)生可測(cè)量信號(hào)的方法，屬于________分析原理。6.在資源化學(xué)中，利用化學(xué)傳感器檢測(cè)礦石或選礦過(guò)程中產(chǎn)生的特定揮發(fā)性氣體（如SO?、NH?），屬于________應(yīng)用。7.為了提高傳感器在復(fù)雜環(huán)境中的選擇性，常通過(guò)________或________的方法對(duì)傳感界面進(jìn)行修飾。8.具有“分子開關(guān)”特性的納米材料，其理化性質(zhì)（如光學(xué)、電學(xué)）隨目標(biāo)分析物作用而可逆變化，可用于制備________傳感器。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.化學(xué)傳感器的選擇性2.微流控技術(shù)3.量子尺寸效應(yīng)4.比色傳感器四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述溶膠-凝膠法制備化學(xué)傳感器薄膜的基本步驟。2.比較光刻技術(shù)和模板法制備微納結(jié)構(gòu)在原理和特點(diǎn)上的主要區(qū)別。3.闡述納米材料在提高化學(xué)傳感器性能方面的主要優(yōu)勢(shì)。五、論述題（10分）結(jié)合資源化學(xué)專業(yè)的背景，論述化學(xué)傳感器（特別是基于微納制備技術(shù)的傳感器）在礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)與環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的重要作用及應(yīng)用前景。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(B)3.(B)4.(D)5.(D)6.(B)7.(C)8.(B)9.(B)10.(C)二、填空題1.檢測(cè)器，信號(hào)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2.溶膠-凝膠法3.靜電紡絲4.靈敏度，選擇性5.表面6.礦產(chǎn)資源勘查與環(huán)境監(jiān)測(cè)7.表面修飾，功能化8.可逆型三、名詞解釋1.化學(xué)傳感器的選擇性：指?jìng)鞲衅鲗?duì)特定目標(biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)，而對(duì)結(jié)構(gòu)相似或性質(zhì)相近的其他物質(zhì)不產(chǎn)生響應(yīng)或響應(yīng)很小的能力。2.微流控技術(shù)：指能夠?qū)ξ⒘苛黧w（通常為納升至微升級(jí)別）進(jìn)行操控、處理和檢測(cè)的技術(shù)，常在芯片上進(jìn)行，也稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”（Lab-on-a-Chip）。3.量子尺寸效應(yīng)：指當(dāng)物質(zhì)尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，其能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致材料的導(dǎo)電性、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。4.比色傳感器：指通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)分析物與顯色劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生顏色變化（吸光度或透光率改變），從而確定分析物濃度或存在的傳感器。四、簡(jiǎn)答題1.溶膠-凝膠法制備化學(xué)傳感器薄膜的基本步驟：首先，將前驅(qū)體（如金屬醇鹽、無(wú)機(jī)鹽等）溶解在溶劑中，形成均勻的溶液或溶膠；然后，通過(guò)水解、縮聚等化學(xué)反應(yīng)，使溶膠顆粒逐漸長(zhǎng)大并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠；接著，對(duì)凝膠進(jìn)行陳化處理，去除溶劑，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；最后，通過(guò)干燥、燒結(jié)等步驟，得到所需的無(wú)機(jī)或有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化薄膜。2.光刻技術(shù)和模板法制備微納結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別：光刻技術(shù)是基于紫外或深紫外光照射涂覆在基底上的光刻膠，利用光刻膠對(duì)光的敏感性，在曝光區(qū)域發(fā)生化學(xué)變化，隨后通過(guò)顯影去除曝光或未曝光部分的光刻膠，最終在基底上形成具有納米或微米級(jí)圖案的圖形，通常需要復(fù)雜的光源、掩模和顯影液；模板法則是利用具有特定孔隙或結(jié)構(gòu)的物理模板（如track-etched膜、自組裝納米線/片陣列模板等），通過(guò)物理嵌刻、沉積或自組裝等方式，將模板上的微納結(jié)構(gòu)復(fù)制到基底材料上，該方法通常操作相對(duì)簡(jiǎn)單，可直接制備特定類型的微納結(jié)構(gòu)，但模板本身的制備和重復(fù)使用可能存在限制。3.納米材料在提高化學(xué)傳感器性能方面的主要優(yōu)勢(shì)：①大比表面積效應(yīng)：納米材料具有極高的比表面積，提供了更多的傳感活性位點(diǎn)，增加了目標(biāo)分析物與傳感器表面的接觸概率，從而顯著提高了傳感器的靈敏度；②表面效應(yīng)：納米材料的表面原子數(shù)遠(yuǎn)大于體相原子數(shù)，表面原子具有高活性，易與外界物質(zhì)發(fā)生相互作用，這種強(qiáng)烈的表面效應(yīng)有利于改善傳感器的選擇性和響應(yīng)速度；③量子尺寸效應(yīng)：對(duì)于尺寸小于特定閾值（如幾納米）的納米材料，其能帶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生量子化，導(dǎo)致其光學(xué)（如吸收光譜、熒光發(fā)射波長(zhǎng)）、電學(xué)（如電阻、導(dǎo)電性）等性質(zhì)隨尺寸變化，可利用這一特性設(shè)計(jì)對(duì)特定分析物具有選擇性響應(yīng)的可逆型傳感器；④小尺寸效應(yīng)：納米顆粒的尺寸減小到納米級(jí)別時(shí)，其物理化學(xué)性質(zhì)（如擴(kuò)散速率、化學(xué)反應(yīng)活性）會(huì)發(fā)生改變，有助于提高傳感器的響應(yīng)效率和動(dòng)態(tài)范圍。五、論述題化學(xué)傳感器（特別是基于微納制備技術(shù)的傳感器）在礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)與環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有重要作用及應(yīng)用前景。在礦產(chǎn)資源勘查中，便攜式化學(xué)傳感器可用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)地表土壤、巖石或水中指示礦物存在的特定元素或氣體（如利用原子吸收光譜、離子選擇性電極或比色法檢測(cè)重金屬離子、稀有氣體或揮發(fā)性硫化物），幫助確定礦化潛力區(qū)域，提高勘查效率和準(zhǔn)確性。在礦產(chǎn)資源開發(fā)（如礦山開采和選礦過(guò)程）中，化學(xué)傳感器可用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)礦漿的pH值、離子濃度（如Ca2?,Mg2?,Fe3?）、添加劑用量、氣體成分（如SO?,O?）等關(guān)鍵參數(shù)，為優(yōu)化浮選工藝、控制藥劑消耗、保障生產(chǎn)安全提供及時(shí)數(shù)據(jù)支持。在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，礦區(qū)及周邊環(huán)境（水體、土壤、空氣）中可能存在的污染物（如重金屬離子、氰化物、酸性/堿性廢水、粉塵）