2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——質(zhì)譜成像技術(shù)在化學(xué)分析中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.質(zhì)譜成像（MSI）技術(shù)能夠提供樣品中化學(xué)組分在哪個(gè)維度上的空間分布信息？A.僅時(shí)間維度B.僅質(zhì)量維度C.僅空間維度D.空間和質(zhì)量維度2.在質(zhì)譜成像中，選擇合適的離子源主要取決于待分析樣品的物理狀態(tài)和化學(xué)性質(zhì)。對(duì)于非揮發(fā)性、固體樣品的分析，以下哪種離子源通常是首選？A.電噴霧電離（ESI）B.激光解吸電離（LDI）C.二次離子質(zhì)譜（SIMS）D.液體的第二類電離（DART）3.在二次離子質(zhì)譜（SIMS）成像中，樣品表面被高能離子束轟擊，產(chǎn)生二次離子。這些二次離子通過質(zhì)量分析器后被檢測(cè)，從而獲得成像信息。以下哪個(gè)過程是核心步驟？A.離子光學(xué)聚焦B.樣品靶的制備C.二次離子的產(chǎn)生與提取D.成像數(shù)據(jù)的可視化4.質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)通常以三維矩陣形式存儲(chǔ)，其三個(gè)維度代表什么？A.時(shí)間、質(zhì)量、強(qiáng)度B.長(zhǎng)、寬、質(zhì)量C.X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、質(zhì)量D.X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、強(qiáng)度5.在質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)的處理中，峰對(duì)齊是一個(gè)重要步驟，其主要目的是？A.提高信噪比B.校正離子源不穩(wěn)定引起的質(zhì)荷比漂移C.降低數(shù)據(jù)采集時(shí)間D.識(shí)別未知化合物6.在中藥成分的空間分布研究中，質(zhì)譜成像技術(shù)可以用來區(qū)分不同藥材部位（如根、莖、葉）的特征性成分。這種應(yīng)用主要體現(xiàn)了質(zhì)譜成像的哪項(xiàng)優(yōu)勢(shì)？A.高靈敏度B.定量分析能力C.空間分辨率和成分成像D.快速掃描能力7.對(duì)于生物組織樣品的質(zhì)譜成像分析，樣品制備過程需要特別小心，以避免什么影響？A.離子源電流過大B.信號(hào)丟失和離子污染C.數(shù)據(jù)采集時(shí)間過長(zhǎng)D.質(zhì)量分析器分辨率降低8.在質(zhì)譜成像圖譜中，使用偽彩色表示不同化學(xué)組分或不同強(qiáng)度。這種可視化方式主要解決了什么問題？A.提高了數(shù)據(jù)采集的靈敏度B.簡(jiǎn)化了儀器操作流程C.使復(fù)雜的空間分布信息更直觀易懂D.減少了數(shù)據(jù)處理所需的時(shí)間9.質(zhì)譜成像技術(shù)能夠?qū)悠分刑囟ǚ肿樱ㄈ缢幬锎x物）的分布與其來源（如腫瘤細(xì)胞、特定組織）聯(lián)系起來，這在藥物研發(fā)和疾病診斷中具有重要價(jià)值。這體現(xiàn)了質(zhì)譜成像的什么特點(diǎn)？A.非侵入性檢測(cè)B.高通量篩選C.空間化學(xué)信息獲取與分子識(shí)別結(jié)合D.精確分子量測(cè)定10.與傳統(tǒng)的分離分析方法（如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用）相比，質(zhì)譜成像的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.更高的絕對(duì)定量精度B.能夠同時(shí)檢測(cè)所有樣品成分C.提供樣品中化學(xué)組分的空間分布信息D.更短的運(yùn)行時(shí)間二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線處）1.質(zhì)譜成像技術(shù)通過分析從樣品不同空間位置的離子，從而獲得樣品中化學(xué)成分的________和________信息。2.激光解吸電離（LDI）和電噴霧電離（ESI）是兩種常用的質(zhì)譜成像離子源，前者通常適用于________分子的分析，而后者則更適合________分子的分析。3.在質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)中，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表樣品在特定(x,y)位置處，對(duì)應(yīng)于某個(gè)特定質(zhì)量（或質(zhì)量范圍）的________大小。4.為了獲得高質(zhì)量、高分辨率的質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)，樣品制備需要滿足一定的要求，例如________、均勻性和適當(dāng)?shù)腳_______。5.質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)的可視化方法包括等高線圖、偽彩色圖和________等。6.在環(huán)境樣品（如土壤）的污染物溯源研究中，質(zhì)譜成像技術(shù)可以幫助確定污染物的________和________。7.質(zhì)譜成像技術(shù)通過提供樣品內(nèi)部化學(xué)組分的________信息，為理解樣品的________機(jī)制提供了新的途徑。8.二次離子質(zhì)譜（SIMS）成像在材料科學(xué)中可用于分析材料的________、界面結(jié)構(gòu)和元素分布。9.質(zhì)譜成像技術(shù)的空間分辨率受限于離子源的大小、樣品制備的粗糙度以及________的性能。10.將質(zhì)譜成像技術(shù)與高分辨率成像技術(shù)（如顯微鏡）相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面化學(xué)成分與微觀形貌的________分析。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述質(zhì)譜成像技術(shù)的基本原理及其與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述在質(zhì)譜成像實(shí)驗(yàn)中，選擇二次離子質(zhì)譜（SIMS）或激光解吸電離（LDI）等不同離子源時(shí)需要考慮的主要因素。3.簡(jiǎn)述質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)預(yù)處理中，基線校正和峰對(duì)齊步驟的目的和常用方法。4.簡(jiǎn)述質(zhì)譜成像技術(shù)在食品科學(xué)中的一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例，并說明該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。四、論述題1.結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，論述質(zhì)譜成像技術(shù)在解決化學(xué)測(cè)量學(xué)中復(fù)雜樣品分析問題時(shí)的優(yōu)勢(shì)和局限性。2.展望質(zhì)譜成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并討論其在未來化學(xué)測(cè)量學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域可能扮演的角色。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.B6.C7.B8.C9.C10.C二、填空題1.定量；空間分布2.大分子；小分子3.信號(hào)強(qiáng)度4.純凈度；厚度5.三維表面圖6.來源；遷移路徑7.空間分布；微觀8.微觀結(jié)構(gòu)9.質(zhì)量分析器10.相關(guān)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先要回答質(zhì)譜成像的基本原理，即通過離子源（如二次離子束或激光）從樣品表面不同點(diǎn)采集離子，經(jīng)質(zhì)量分析器分離后，根據(jù)檢測(cè)到的離子信號(hào)強(qiáng)度，構(gòu)建出樣品中化學(xué)組分隨空間位置變化的圖像。其次要指出其與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的區(qū)別，核心在于色譜-質(zhì)譜聯(lián)用提供的是時(shí)間維度上流出物組成的序列信息，而質(zhì)譜成像提供的是空間維度上組分分布的信息。*答案要點(diǎn)：質(zhì)譜成像原理是通過離子源獲取樣品表面不同位置的離子，經(jīng)質(zhì)量分析器檢測(cè)后，形成空間與質(zhì)量（或強(qiáng)度）對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，最終生成成分分布圖。與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用相比，前者提供時(shí)間維度序列信息，后者提供空間維度分布信息。2.解析思路：選擇離子源需考慮樣品性質(zhì)（揮發(fā)性、極性、分子量大小）、分析目標(biāo)（元素組成、有機(jī)分子結(jié)構(gòu)）、所需空間分辨率以及實(shí)驗(yàn)可行性。SIMS適用于分析固體表面，特別是無機(jī)物和耐激光/離子轟擊的有機(jī)物，可提供高靈敏度元素和同位素信息及亞微米級(jí)空間分辨率。LDI（如MATLDI）適用于分析較易揮發(fā)或熱解離的有機(jī)小分子，通常需要樣品制備成薄膜或晶體，空間分辨率相對(duì)較低。*答案要點(diǎn)：選擇SIMS需考慮樣品為非揮發(fā)性固體，分析無機(jī)物或穩(wěn)定有機(jī)物，要求高空間分辨率和元素/同位素信息。選擇LDI需考慮樣品為有機(jī)小分子，易揮發(fā)或解離，樣品需制備成薄膜，對(duì)空間分辨率要求相對(duì)不高。3.解析思路：基線校正是為了消除或修正信號(hào)中存在的非目標(biāo)起伏，確保質(zhì)譜圖的準(zhǔn)確性。峰對(duì)齊是為了消除由于離子源掃描、樣品漂移或儀器穩(wěn)定性引起的質(zhì)荷比（m/z）漂移，使來自不同空間位置的質(zhì)譜圖能夠準(zhǔn)確疊加或比較。常用方法包括多項(xiàng)式擬合、光譜校正算法等。*答案要點(diǎn)：基線校正目的是消除非目標(biāo)信號(hào)起伏，保證定量準(zhǔn)確。峰對(duì)齊目的是消除m/z漂移，使不同位置質(zhì)譜圖可疊加比較。常用方法有光譜校正算法。4.解析思路：應(yīng)用實(shí)例可舉例說明，如利用MSI檢測(cè)食品中非法添加物（如三聚氰胺）在樣品不同部位（如大米、牛奶）的殘留情況。優(yōu)勢(shì)在于能直觀展示污染物的空間分布，區(qū)分不同區(qū)域的污染程度，確定污染源頭，而傳統(tǒng)方法通常只能給出整體平均濃度，無法提供空間信息。*答案要點(diǎn)：實(shí)例：檢測(cè)大米中重金屬元素的空間分布。優(yōu)勢(shì)：直觀展示元素分布差異，區(qū)分不同部位污染程度，輔助判斷污染來源和遷移路徑，提供比傳統(tǒng)整體分析更豐富的空間化學(xué)信息。四、論述題1.解析思路：優(yōu)勢(shì)方面，強(qiáng)調(diào)其提供樣品化學(xué)組成與空間位置關(guān)聯(lián)的能力，實(shí)現(xiàn)“看得到”的化學(xué)分析，非常適合復(fù)雜體系（如生物組織、環(huán)境樣品、中藥）中成分定位、溯源和相互作用研究。局限性方面，提及空間分辨率限制（受限于離子源/激光斑大小、樣品制備）、靈敏度可能不如傳統(tǒng)質(zhì)譜、數(shù)據(jù)量巨大導(dǎo)致處理復(fù)雜、樣品制備可能引入干擾、定量分析能力仍需完善等方面。*答案要點(diǎn)：優(yōu)勢(shì)：提供化學(xué)組分空間分布信息，實(shí)現(xiàn)組分可視化，適合復(fù)雜體系分析，可進(jìn)行成分定位、溯源和相互作用研究。局限性：空間分辨率有限，靈敏度相對(duì)較低，數(shù)據(jù)量龐大且處理復(fù)雜，樣品制備可能影響結(jié)果，絕對(duì)定量仍具挑戰(zhàn)。2.解析思路：發(fā)展趨勢(shì)可提及更高空間分辨率（超分辨成像）、更高靈敏度（新型離子源、真空兼容技術(shù)）、多模態(tài)聯(lián)用（與顯微鏡、光譜等）、智能化數(shù)據(jù)處理算法、在線/原位分析能力、小