2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——化學傳感器在應用化學中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母代號填在題后的括號內。多選、錯選或未選均不得分。）1.下列哪些材料或分子可以用于制備化學傳感器的識別元件？A.貴金屬納米顆粒B.金屬氧化物半導體C.特異性抗體或酶D.分子印跡聚合物E.常用的塑料2.電化學化學傳感器相比其他類型傳感器，通常具有的特點包括：A.響應速度快B.靈敏度較高C.可利用的檢測手段多樣（如伏安法、電導法等）D.通常需要復雜的光學讀數(shù)設備E.易于實現(xiàn)微型化和集成化3.質量型化學傳感器的工作原理主要基于：A.檢測物與識別元件發(fā)生反應導致的質量變化引起傳感器某種物理性質（如頻率、電阻）的改變B.檢測物在電場中的遷移特性發(fā)生變化C.檢測物與識別元件相互作用導致的光學性質變化D.檢測物引起的溫度變化E.識別元件本身的電化學活性4.在環(huán)境監(jiān)測中，化學傳感器可用于檢測多種污染物，以下哪些屬于常見的應用領域？A.水體中溶解性無機離子（如氯離子、銨離子）B.大氣中揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物C.土壤中的重金屬離子D.食品中的非法添加物或污染物E.工業(yè)廢水中的氰化物5.以下哪些措施可以提高化學傳感器的選擇性？A.使用高特異性的識別元件（如酶、抗體）B.優(yōu)化傳感器的膜層結構或界面C.采用信號放大技術（如酶催化放大、介體放大）D.選擇物理化學性質與待測物差異大的敏感元件E.降低傳感器的檢測溫度二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.化學傳感器通常由______和______兩部分組成。2.基于酶催化反應原理的傳感器稱為______，它具有高選擇性、高靈敏度和溫和的反應條件等優(yōu)點。3.利用石英晶體微天平（QCM）檢測質量變化的傳感器屬于______型傳感器。4.分子印跡技術可以制備具有特定識別位點的______，廣泛應用于制備高選擇性的化學傳感器。5.在食品安全檢測領域，化學傳感器可用于快速檢測______、______等有害物質。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。請給出下列名詞的精確定義。）1.傳感器的靈敏度2.傳感器的響應時間3.傳感器的線性范圍4.酶傳感器四、簡答題（每小題6分，共18分。請簡要回答下列問題。）1.簡述電化學傳感器的基本工作原理，并列舉三種常見的電化學傳感模式。2.與傳統(tǒng)實驗室分析方法相比，化學傳感器在環(huán)境監(jiān)測中主要有哪些優(yōu)勢？3.簡要說明分子印跡聚合物作為化學傳感器識別元件的主要特點和制備思路。五、論述題（12分。請就以下問題進行論述。）結合應用化學專業(yè)的背景，論述化學傳感器技術的發(fā)展對其在工業(yè)過程控制、安全防護或資源利用等領域的潛在影響和應用前景。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母代號填在題后的括號內。多選、錯選或未選均不得分。）1.ABCD*解析：化學傳感器的識別元件需要能與目標分析物特異性結合或發(fā)生特定反應。貴金屬納米顆粒、金屬氧化物半導體可作為敏感材料或參與者；抗體、酶具有高度特異性；分子印跡聚合物可以模擬生物識別位點。塑料一般不適合作為識別元件。2.ABC*解析：電化學傳感器利用電化學原理，通常響應速度快、靈敏度較高，且檢測手段多樣（如循環(huán)伏安法、電位法、電導法等）。它們可以直接與電化學工作站連接，讀數(shù)相對簡單，也易于實現(xiàn)微型化和集成化。D選項不正確，許多電化學傳感器讀數(shù)設備相對簡單；E選項不正確，微型化和集成化是其優(yōu)勢之一。3.A*解析：質量型傳感器的核心是利用分析物與識別元件相互作用引起的質量變化（增加、減少或分布變化）來改變傳感器的某個與質量相關的物理量（如壓電晶體的諧振頻率、石英晶體的振頻變化、膜的電阻變化等）。4.ABC*解析：化學傳感器在環(huán)境監(jiān)測中廣泛應用于水體中溶解性無機離子、大氣中揮發(fā)性有機物和氮氧化物、土壤中的重金屬離子等檢測。D選項屬于食品安全領域。E選項雖然工業(yè)廢水監(jiān)測是應用領域之一，但“資源利用”的范疇較廣，且題目列舉的A、B、C更典型地屬于環(huán)境監(jiān)測。5.ABD*解析：提高選擇性的方法包括：使用高特異性的識別元件（A）；優(yōu)化傳感器膜層或界面，減少干擾物的影響（B）；選擇物理化學性質與待測物差異大的敏感元件，增大選擇性響應（D）。C選項是提高靈敏度的方法。E選項可能降低選擇性，因為干擾反應可能更劇烈。二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.識別元件；敏感元件（或換能器）*解析：化學傳感器的基本結構包括能夠特異性識別目標分析物的部分（識別元件）和能夠將識別信號轉化為可測量物理量（如電信號、光信號、壓力信號等）的部分（敏感元件或換能器）。2.酶傳感器*解析：利用生物酶的催化作用，將酶促反應的進程或結果轉化為可測信號輸出的傳感器。3.質量（或質量敏感）*解析：基于石英晶體微天平（QCM）原理的傳感器，其輸出信號（頻率變化）與附著在晶體表面的質量變化直接相關，因此屬于質量型傳感器。4.分子印跡聚合物*解析：分子印跡技術是一種模擬生物識別位點，通過模板分子自組裝后聚合，去除模板得到具有特定孔道結構（印跡位點）的聚合物材料，這種材料可作為傳感器的識別元件。5.農藥殘留；非法添加物（或添加劑）*解析：化學傳感器在食品安全檢測中應用廣泛，可快速檢測食品中的農藥殘留、非法添加的蘇丹紅、三聚氰胺等有害物質。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。請給出下列名詞的精確定義。）1.傳感器的靈敏度：指傳感器對其測量對象（分析物）濃度變化的響應程度，通常定義為單位濃度變化所引起的輸出信號的變化量。靈敏度越高，越能檢測低濃度的分析物。2.傳感器的響應時間：指傳感器從接收到分析物信號到產生穩(wěn)定輸出信號所需的時間，是衡量傳感器快速性的重要指標。3.傳感器的線性范圍：指傳感器能夠保持輸出信號與輸入分析物濃度成良好線性關系（通常用校準曲線表示）的濃度區(qū)間。超出線性范圍，傳感器可能失效或產生較大誤差。4.酶傳感器：利用固定化酶作為識別元件，將酶促反應的進程或產物與某種可測物理量聯(lián)系起來，實現(xiàn)對特定分析物（通常是酶的底物或產物）進行檢測的化學傳感器。四、簡答題（每小題6分，共18分。請簡要回答下列問題。）1.簡述電化學傳感器的基本工作原理，并列舉三種常見的電化學傳感模式。*解析：電化學傳感器的工作原理是基于電化學反應。當目標分析物與傳感器表面的識別元件（如酶、抗體、電活性物質）接觸時，會發(fā)生氧化還原反應或其他電化學過程，導致傳感器界面的電化學狀態(tài)發(fā)生變化。這種變化會引起傳感器輸出端（如電極）的電位、電流、電導等電學參數(shù)發(fā)生相應改變。通過測量這些電學參數(shù)的變化，可以實現(xiàn)對分析物的定量或定性檢測。常見的電化學傳感模式有：電位型（測量電極電位變化，如離子選擇性電極）、電流型（測量電極上由分析物氧化還原反應產生的電流，如安培法、差分脈沖伏安法）、電導型（測量分析物參與反應導致溶液電導的變化）。2.與傳統(tǒng)實驗室分析方法相比，化學傳感器在環(huán)境監(jiān)測中主要有哪些優(yōu)勢？*解析：化學傳感器相比傳統(tǒng)實驗室分析方法（如色譜、光譜、滴定等）在環(huán)境監(jiān)測中具有顯著優(yōu)勢：①快速實時檢測：傳感器可以現(xiàn)場、在線、實時地連續(xù)監(jiān)測，無需樣品復雜預處理和送至實驗室分析；②便攜性好：小型化傳感器易于攜帶，適合現(xiàn)場快速篩查；③成本相對較低：對于特定指標的連續(xù)監(jiān)測，長期運行成本可能更低；④操作簡便：通常無需復雜的樣品前處理步驟，易于使用；⑤可進行長期自動監(jiān)測：結合數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，可實現(xiàn)對環(huán)境質量變化的長期、自動跟蹤。3.簡要說明分子印跡聚合物作為化學傳感器識別元件的主要特點和制備思路。*解析：分子印跡聚合物（MIPs）作為識別元件的主要特點是：①高選擇性：印跡過程中形成了與模板分子結構、尺寸、甚至構象高度匹配的識別位點，使其對模板分子（或結構類似物）具有極高的選擇性識別能力；②穩(wěn)定性好：聚合物骨架本身具有較好的化學和物理穩(wěn)定性，使得傳感器具有較長的使用壽命；③可設計性強：可以根據(jù)需要印跡多種模板分子，實現(xiàn)對目標分析物的定制化識別。制備思路通常包括：①選擇合適的模板分子（目標分析物）；②選擇合適的印跡單體、交聯(lián)劑、溶劑和引發(fā)劑；③將模板分子與印跡單體混合，引入功能單體，形成模板-單體復合物；④通過聚合反應（常用自由基聚合）將復合物轉化為聚合物網(wǎng)絡；⑤通過洗脫去除模板分子，留下具有空腔結構的印跡聚合物，即為識別元件。五、論述題（12分。請就以下問題進行論述。）結合應用化學專業(yè)的背景，論述化學傳感器技術的發(fā)展對其在工業(yè)過程控制、安全防護或資源利用等領域的潛在影響和應用前景。*解析：化學傳感器技術作為現(xiàn)代分析化學的重要分支，其發(fā)展與應用化學專業(yè)的結合日益緊密，對工業(yè)過程控制、安全防護和資源利用等領域產生了深遠影響并展現(xiàn)出廣闊前景。在工業(yè)過程控制方面，高靈敏度、快速響應的化學傳感器可實現(xiàn)生產過程中關鍵組分（如反應物濃度、產物濃度、pH、溫度、壓力等）的在線、實時監(jiān)測，有助于優(yōu)化反應條件、提高產品收率和純度、實現(xiàn)自動化控制和減少人工干預，從而提升生產效率和降低成本。例如，在化工合成中監(jiān)測有毒有害氣體的泄漏，或在食品加工中監(jiān)測發(fā)酵進程。在安全防護領域，便攜式、選擇性強的化學傳感器是構建高效化學安全防護體系的關鍵。它們能夠快速檢測爆炸物、有毒氣體、揮發(fā)性有機污染物等，為人員安全提供及時預警，廣泛應用于礦井安全監(jiān)測、倉庫管理、消防、環(huán)境應急響應等方面。在資源利用方面，化學傳感器助力于能源、環(huán)