2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子科學(xué)與工程化學(xué)傳感器技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于化學(xué)傳感器的基本組成要素？A.檢測器（敏感元件）B.信號轉(zhuǎn)換器C.信號處理器D.傳感器基質(zhì)2.以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，利用氧化還原過程檢測目標(biāo)物質(zhì)的傳感器屬于？A.光學(xué)傳感器B.電化學(xué)傳感器C.壓電傳感器D.熱敏傳感器3.在酶傳感器中，酶作為識別元件，其核心作用是？A.物理隔離底物B.催化特定化學(xué)反應(yīng)C.直接產(chǎn)生電信號D.增強傳感器的機械強度4.下列哪種材料不適合用作氣體傳感器的敏感薄膜？A.金屬氧化物半導(dǎo)體B.金屬C.離子導(dǎo)體D.量子點5.傳感器選擇性指的是其在存在干擾物質(zhì)時對目標(biāo)物質(zhì)的響應(yīng)能力。A.降低B.增加C.不變D.可能降低或增加6.利用壓電晶體受力變形產(chǎn)生電荷變化的傳感器是？A.霍爾傳感器B.壓電傳感器C.光纖傳感器D.電阻式傳感器7.DNA傳感器主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域的檢測？A.重金屬離子B.生物分子（如核酸、蛋白質(zhì)、酶）C.氣體D.磁場8.將傳感器與微加工技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)小型化、集成化的化學(xué)傳感器是？A.傳統(tǒng)宏觀傳感器B.薄膜傳感器C.微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器D.生物傳感器9.傳感器響應(yīng)時間指的是從施加刺激到傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值所需的時間，通常希望該時間越短越好。A.正確B.錯誤10.下列哪項技術(shù)不屬于化學(xué)傳感器信號處理范疇？A.信號放大B.信號濾波C.信號調(diào)制D.樣品前處理二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.化學(xué)傳感器通常由________、________和________三部分組成。2.衡量傳感器對目標(biāo)物質(zhì)響應(yīng)強度程度的指標(biāo)是________。3.基于液晶材料在外加電場下其光學(xué)特性（如透光率）發(fā)生變化的原理制成的傳感器是________。4.具有高度特異性，能夠識別與自身結(jié)構(gòu)互補的目標(biāo)分子的生物識別元件包括________和________。5.提高化學(xué)傳感器選擇性的常用方法有________、________和利用________等策略。6.壓電傳感器利用壓電材料的________效應(yīng)將物理量轉(zhuǎn)換為可測信號。7.將化學(xué)傳感器與微流控芯片技術(shù)相結(jié)合，可以構(gòu)建________分析系統(tǒng)。8.傳感器在完成檢測任務(wù)后，能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)的能力稱為________。9.光纖化學(xué)傳感器通常利用光纖的________效應(yīng)或________效應(yīng)來傳輸和轉(zhuǎn)換信號。10.免疫傳感器是利用________與相應(yīng)________之間的高度特異性結(jié)合來檢測目標(biāo)分析物。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述化學(xué)傳感器的基本工作原理。2.比較酶傳感器與抗體傳感器在識別元件方面的主要異同。3.簡述影響化學(xué)傳感器選擇性的主要因素。4.簡述化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的主要應(yīng)用類型及其面臨的挑戰(zhàn)。四、計算題（共10分）已知某電化學(xué)傳感器對目標(biāo)物質(zhì)A的響應(yīng)符合能斯特方程，在室溫（25°C）下，當(dāng)溶液中目標(biāo)物質(zhì)A的濃度從1.0mol/L稀釋至0.10mol/L時，傳感器輸出電位下降了60mV。試計算該傳感器對目標(biāo)物質(zhì)A的電極電位對數(shù)濃度響應(yīng)斜率（即電極靈敏度），并說明其物理意義。（假設(shè)轉(zhuǎn)移系數(shù)n=1，法拉第常數(shù)F=96485C/mol，氣體常數(shù)R=8.314J/(mol·K)，溫度T=298.15K）五、論述題（15分）論述化學(xué)傳感器在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)分析中的重要作用，并舉例說明其在疾病診斷、藥物研發(fā)或生物標(biāo)志物檢測等方面的具體應(yīng)用。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.A6.B7.B8.C9.A10.D二、填空題1.檢測器（敏感元件）、信號轉(zhuǎn)換器、信號處理器2.靈敏度3.液晶化學(xué)傳感器4.抗體、抗原5.陰陽離子選擇性、分子識別試劑、分子印跡技術(shù)6.壓電7.微流控芯片8.穩(wěn)定性9.光纖傳導(dǎo)、光吸收/發(fā)射10.抗體、抗原三、簡答題1.解析思路：化學(xué)傳感器的工作原理通常包括：①感受器（敏感元件）與目標(biāo)分析物發(fā)生特定相互作用（如化學(xué)反應(yīng)、物理吸附、分子識別等），導(dǎo)致其自身性質(zhì)發(fā)生變化；②轉(zhuǎn)換器將感受器產(chǎn)生的微弱信號（物理或化學(xué)變化）轉(zhuǎn)換為可測量或可處理的信號（如電信號、光信號等）；③信號處理器對轉(zhuǎn)換得到的信號進(jìn)行放大、濾波、線性化等處理，最終輸出可用于檢測或顯示的結(jié)果。2.解析思路：相同點：兩者都利用了生物分子（酶或抗體）與目標(biāo)分析物之間的高度特異性結(jié)合（催化或免疫反應(yīng)）作為識別基礎(chǔ)。不同點：①識別元件不同，酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)，抗體是能與特定抗原結(jié)合的免疫球蛋白。②作用機理不同，酶傳感器基于酶促反應(yīng)放熱或?qū)е码娀瘜W(xué)信號變化等，抗體傳感器基于抗原抗體結(jié)合引起的物理化學(xué)性質(zhì)改變或信號傳導(dǎo)變化。③適用范圍可能略有差異，酶傳感器可檢測底物或產(chǎn)物，抗體傳感器主要用于檢測相應(yīng)抗原。3.解析思路：影響選擇性的因素主要有：①識別元件的特異性，即識別元件與目標(biāo)分析物結(jié)合的專一性。②傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如選擇性的分子識別層、屏蔽層等。③環(huán)境因素，如共存干擾物的種類和濃度、溶液pH值、離子強度等。④信號轉(zhuǎn)換和處理的機制，某些機制可能對特定類型的干擾物更敏感。4.解析思路：主要應(yīng)用類型包括：①環(huán)境污染物檢測（如水質(zhì)中的重金屬離子、農(nóng)藥殘留、空氣中的揮發(fā)性有機物、氮氧化物等）；②食品安全監(jiān)測（如食品添加劑、非法添加物、致病微生物、過敏原等）；③資源勘探（如石油泄漏檢測、礦產(chǎn)資源分析等）。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①實際樣品基質(zhì)復(fù)雜，干擾物多，對傳感器選擇性要求高。②檢測限需要達(dá)到很低水平以滿足法規(guī)要求。③現(xiàn)場、在線、實時、快速檢測的需求。④傳感器的小型化、低成本和易于操作。⑤數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和可靠性問題。四、計算題解析思路：根據(jù)能斯特方程的微分形式E=E?-(RT/nF)*ln(C)，電極電位對數(shù)濃度響應(yīng)斜率即為ΔE/Δ(logC)。在室溫（25°C，T=298.15K）下，R=8.314J/(mol·K)，F(xiàn)=96485C/mol，n=1，則(RT/nF)=(8.314*298.15/(1*96485))V≈0.0257V。傳感器輸出電位下降了60mV，即ΔE=-60mV=-0.060V。目標(biāo)物質(zhì)濃度從1.0mol/L降至0.10mol/L，濃度比C?/C?=0.10/1.0=0.1，對應(yīng)的對數(shù)濃度變化Δ(logC)=log(C?/C?)=log(0.1)=-1。因此，電極靈敏度S=ΔE/Δ(logC)=-0.060V/(-1)=0.060V/decade。物理意義：該值表示當(dāng)目標(biāo)物質(zhì)A的對數(shù)濃度每變化一個數(shù)量級時，傳感器輸出電位相應(yīng)變化0.060伏特。其絕對值等于能斯特常數(shù)(25.7mV/decade)。五、論述題解析思路：論述化學(xué)傳感器在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)分析中的重要作用，應(yīng)從其高靈敏度、高選擇性、快速、便攜、低成本等優(yōu)點出發(fā)，說明其在替代傳統(tǒng)復(fù)雜分析方法的優(yōu)勢。具體應(yīng)用舉例需具體、清晰：①疾病診斷：例如，利用電化學(xué)或光學(xué)傳感器檢測體液（血液、尿液、唾液）中的疾病標(biāo)志物，如葡萄糖傳感器用于糖尿病管理，谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）或肌酸激酶（CK）傳感器用于器官損傷評估，特定核酸序列傳感器用于傳染?。ㄈ鏑OVID-19）快速檢測，腫瘤標(biāo)志物（如CEA、CA19-9）的檢測等。②藥物研發(fā)：例如，在藥物篩選過程中用于高通量檢測藥物對酶活性或細(xì)胞功能的影響，在藥代動力學(xué)研究中用于實