2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)設(shè)備考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種光譜技術(shù)主要利用分子對紅外光的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷進(jìn)行檢測？A.紫外-可見分光光度法B.核磁共振波譜法C.傅里葉變換紅外光譜法D.熒光光譜法2.在氣相色譜分析中，用于分離不同組分的核心是？A.檢測器B.載氣C.固定相D.溫控系統(tǒng)3.下列哪種質(zhì)譜技術(shù)的離子化方式通常適用于分析極性化合物，如醇、酸、胺等？A.電子轟擊（EI）B.化學(xué)電離（CI）C.電噴霧電離（ESI）D.馬丁-艾倫斯法（MALDI）4.掃描電子顯微鏡（SEM）主要利用什么來成像樣品表面？A.離子束與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子B.電子束與樣品原子核相互作用產(chǎn)生的背散射電子C.樣品分子對特定波長的光吸收形成的熒光D.X射線衍射信號5.X射線衍射（XRD）技術(shù)主要用于分析什么？A.分子間的氫鍵B.液體粘度C.固體的晶體結(jié)構(gòu)D.生物大分子的二級結(jié)構(gòu)6.在高效液相色譜（HPLC）中，若要分離沸點(diǎn)相近的異構(gòu)體，通常需要選擇？A.更長的工作壓力B.更小的粒徑的固定相C.柱溫升高D.使用極性更強(qiáng)的流動(dòng)相7.下列哪種顯微鏡最適合觀察細(xì)胞內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)？A.光學(xué)顯微鏡B.共聚焦顯微鏡C.掃描電子顯微鏡D.透射電子顯微鏡8.核磁共振波譜法（NMR）中，化學(xué)位移主要反映了？A.核自旋角動(dòng)量的大小B.化合物中氫原子（或其他核）所處的化學(xué)環(huán)境C.核磁矩的強(qiáng)度D.儀器磁場強(qiáng)度9.進(jìn)行蛋白質(zhì)凝膠電泳（如SDS）時(shí)，加入十二烷基硫酸鈉（SDS）的主要目的是？A.增加緩沖液離子強(qiáng)度B.使蛋白質(zhì)變性并帶上均勻負(fù)電荷C.保護(hù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不被破壞D.加速電泳進(jìn)程10.下列哪項(xiàng)不屬于分子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的通用安全規(guī)范？A.操作高溫設(shè)備時(shí)佩戴隔熱手套B.在通風(fēng)櫥中處理有毒有害試劑C.使用明火時(shí)無需檢查周圍易燃物D.讀取儀器數(shù)據(jù)前確保儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)二、填空題（每空1分，共15分）1.傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）通過測量______來獲得樣品的紅外吸收光譜。2.氣相色譜（GC）分析中，根據(jù)分離原理不同，可分為______色譜和______色譜。3.質(zhì)譜儀（MS）利用______的差異來分離和檢測離子。4.光學(xué)顯微鏡的分辨率主要受限于______和樣品的______。5.X射線衍射（XRD）分析的基礎(chǔ)是______與晶體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。6.高效液相色譜（HPLC）系統(tǒng)中，流動(dòng)相的極性通常用______值來表示。7.核磁共振波譜法（NMR）中，______反映了不同化學(xué)環(huán)境中的核的共振頻率與參考核的頻率差。8.蛋白質(zhì)凝膠電泳（SDS）主要依據(jù)蛋白質(zhì)的______進(jìn)行分離。9.在使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品時(shí)，通常需要對樣品進(jìn)行______處理以增加導(dǎo)電性。10.分子束外延（MBE）是一種在超高真空下制備______薄膜的先進(jìn)技術(shù)。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.基團(tuán)頻率2.保留時(shí)間3.化學(xué)位移4.分辨率（指色譜或光譜）5.透射電子顯微鏡四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述核磁共振波譜法（NMR）的基本原理。2.比較高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜（GC）在分離原理和適用范圍上的主要區(qū)別。3.簡述使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品時(shí)，樣品制備的主要目的和常用方法。4.簡述傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）與紫外-可見分光光度法在應(yīng)用上有何不同？五、論述題（每題10分，共20分）1.論述選擇合適的分析儀器（如光譜儀、色譜儀）進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)鑒定時(shí)應(yīng)考慮哪些因素？2.結(jié)合具體實(shí)例，論述X射線衍射（XRD）技術(shù)在分子科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.C6.B7.D8.B9.B10.C二、填空題1.紅外輻射吸收2.氣固，氣液3.質(zhì)荷比（m/z）4.光學(xué)極限（或光源波長），折射率5.X射線6.洛氏（或極性）7.化學(xué)位移8.分子量（或大?。?.金屬鍍膜（或噴金）10.單晶（或薄膜）三、名詞解釋1.基團(tuán)頻率：指分子中特定官能團(tuán)的特征振動(dòng)頻率在紅外光譜上產(chǎn)生的吸收峰，通常位于波數(shù)范圍<1500cm?1的區(qū)域。2.保留時(shí)間：在色譜分析中，指樣品組分從進(jìn)入色譜柱開始到在檢測器出現(xiàn)峰值時(shí)所需要的時(shí)間。它是定性分析的指標(biāo)之一。3.化學(xué)位移：在核磁共振波譜（NMR）中，指特定核（如1H或13C）的共振頻率與標(biāo)準(zhǔn)參考核（如TMS）的頻率之差，反映了該核所處化學(xué)環(huán)境的不同。4.分辨率（指色譜或光譜）：指色譜法中相鄰兩個(gè)峰分離的程度，或光譜法中兩個(gè)相鄰峰被區(qū)分開來的能力。通常用峰寬或峰間距離來衡量。5.透射電子顯微鏡：利用加速后的電子束穿透薄樣品，根據(jù)電子與樣品相互作用產(chǎn)生的信號（如透射電子、散射電子）來成像，具有極高分辨率，可用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。四、簡答題1.簡述核磁共振波譜法（NMR）的基本原理。解析思路：NMR原理基于原子核的自旋角動(dòng)量特性。當(dāng)置于均勻磁場中時(shí)，具有奇數(shù)質(zhì)子或中子的原子核（如1H,13C）會像小磁針一樣發(fā)生能級分裂，吸收特定頻率的射頻脈沖能量，從低能級躍遷到高能級。當(dāng)射頻脈沖停止后，原子核會釋放能量并回到低能級，產(chǎn)生能被檢測的電磁信號（自由感應(yīng)衰減，F(xiàn)ID），其共振頻率（化學(xué)位移）和自旋量子數(shù)等性質(zhì)反映了分子中該核的化學(xué)環(huán)境和數(shù)量。2.比較高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜（GC）在分離原理和適用范圍上的主要區(qū)別。解析思路：比較HPLC和GC的核心在于流動(dòng)相狀態(tài)、分離機(jī)制和樣品適用性。HPLC流動(dòng)相為液體，基于混合物在固定相（液-固色譜）或流動(dòng)相（液-液色譜）之間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。適用于分析高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、極性較強(qiáng)的化合物。GC流動(dòng)相為氣體，基于混合物在固定相（液膜或氣膜）和氣相之間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。適用于分析低沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定、極性較弱的化合物。GC分離效率通常高于HPLC，分析速度更快，但HPLC適用范圍更廣。3.簡述使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品時(shí)，樣品制備的主要目的和常用方法。解析思路：SEM使用高能電子束掃描樣品表面，檢測二次電子或背散射電子成像。其主要目的是使樣品具有良好的導(dǎo)電性，防止高能電子轟擊時(shí)產(chǎn)生電荷積累，導(dǎo)致圖像模糊或畸變。常用方法包括：①對導(dǎo)電性好的樣品（金屬、導(dǎo)體）無需特殊處理；②對非導(dǎo)電樣品（半導(dǎo)體、絕緣體、生物樣品）進(jìn)行噴金、噴鉑等金屬鍍膜，利用金屬良好的導(dǎo)電性導(dǎo)走靜電；③對于需要觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)的樣品，需要進(jìn)行切片、拋光等處理。4.簡述傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）與紫外-可見分光光度法在應(yīng)用上有何不同？解析思路：FTIR和UV-Vis都是吸收光譜法，但吸收原理和分子振動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷有關(guān)（FTIR）和電子躍遷有關(guān)（UV-Vis）。FTIR主要用于定性分析，通過檢測分子中官能團(tuán)的特征紅外吸收峰（通常在4000-400cm?1）來鑒定分子結(jié)構(gòu)。對極性基團(tuán)和化學(xué)鍵敏感，可用于有機(jī)物、無機(jī)物、聚合物、生物分子的結(jié)構(gòu)鑒定和成分分析。UV-Vis主要用于定量分析（測定吸光物質(zhì)濃度）和某些定性分析（如共軛體系、金屬離子配合物），檢測的是分子中π→π*或n→π*電子躍遷，吸收峰通常在200-800nm。對含有共軛雙鍵、芳香環(huán)、過渡金屬離子的化合物敏感。五、論述題1.論述選擇合適的分析儀器（如光譜儀、色譜儀）進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)鑒定時(shí)應(yīng)考慮哪些因素？解析思路：選擇分析儀器需綜合考慮多個(gè)因素：①分析目標(biāo)：是初步定性、結(jié)構(gòu)解析、定量分析還是雜質(zhì)檢測？目標(biāo)決定了所需儀器的類型和靈敏度。②樣品性質(zhì)：樣品的分子量大小、極性、沸點(diǎn)、穩(wěn)定性、溶解性等直接影響儀器選擇。小分子、揮發(fā)性樣品適合GC；大分子、極性或熱不穩(wěn)定樣品適合HPLC；有機(jī)物結(jié)構(gòu)鑒定常用FTIR、NMR；高靈敏度分子鑒定可用質(zhì)譜（MS）。③信息需求：需要骨架結(jié)構(gòu)信息（NMR、MS、IR）？官能團(tuán)信息（FTIR）？絕對構(gòu)型信息（XRD、特定NMR）？定量信息（UV-Vis、HPLC、GC-MS）？④儀器性能：分辨率、靈敏度、通量、運(yùn)行成本等。⑤互補(bǔ)性：常常需要聯(lián)用技術(shù)（如GC-MS、LC-MS、HRMS）或多種儀器分析結(jié)果相互印證，才能獲得完整的結(jié)構(gòu)信息。⑥實(shí)驗(yàn)室條件：可用儀器類型、操作人員技能等。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述X射線衍射（XRD）技術(shù)在分子科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。解析思路：XRD技術(shù)通過分析X射線與晶體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的衍射圖樣，獲取晶體結(jié)構(gòu)信息。其應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在：①材料結(jié)構(gòu)表征：確定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)（空間點(diǎn)陣、原子坐標(biāo)）、晶胞參數(shù)、物相組成（定性分析，如區(qū)分氧化鋁α相和γ相）、晶粒尺寸、晶格應(yīng)變等。例如，在半導(dǎo)體材料研究中，XRD用于檢查晶體純度、外延層生長質(zhì)量；在催化劑研究中，用于分析活性組分分散狀態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)。②物相鑒定：通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（如PDF卡片）比對衍射峰位置，可以快速準(zhǔn)確地鑒定無機(jī)鹽、金屬粉末、陶瓷、礦物等固體的物相。③薄膜與薄層分析：通過掠射X射線衍射（GLSD）或轉(zhuǎn)靶X射線衍射（WT-XRD）等技術(shù)，可以分析表面或薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。例如，在沉積類薄膜（如氧化物、氮化物）制備中，用于監(jiān)控薄膜的晶體取向和相純度