2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)傳感器在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用考試時(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)敏感膜(C)轉(zhuǎn)換器(D)數(shù)據(jù)處理單元2.在工業(yè)廢水處理中，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH變化的傳感器，其工作原理主要基于：(A)氧化還原反應(yīng)(B)離子選擇性電位測(cè)量(C)電流變化(D)光吸收光譜3.下列哪種化學(xué)傳感器最適合用于檢測(cè)電鍍廢水中的Cu2?離子？(A)氧化還原電極(B)金屬離子選擇性電極(C)電導(dǎo)率傳感器(D)熒光傳感器4.表面等離子體共振（SPR）傳感器在廢水檢測(cè)中主要利用了以下哪種物理現(xiàn)象？(A)電流的產(chǎn)生(B)電阻的變化(C)金屬表面電磁波的共振(D)發(fā)光材料的熒光效應(yīng)5.對(duì)于含有多種干擾離子的工業(yè)廢水，選擇化學(xué)傳感器時(shí)，首要考慮的因素是：(A)傳感器的響應(yīng)時(shí)間(B)傳感器的靈敏度(C)傳感器的選擇性(D)傳感器的穩(wěn)定性6.在處理含酚類有機(jī)物的工業(yè)廢水時(shí)，選擇光學(xué)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要利用了酚類物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的：(A)吸收特性(B)反射特性(C)散射特性(D)發(fā)光特性7.影響離子選擇性電極（ISE）測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素之一是：(A)溫度(B)傳感器使用年限(C)傳感器類型(D)以上都是8.將化學(xué)傳感器直接安裝于工業(yè)廢水處理現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其主要優(yōu)勢(shì)在于：(A)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控(B)可進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(C)可節(jié)省樣品處理時(shí)間(D)可自動(dòng)控制處理過(guò)程9.下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于提高化學(xué)傳感器穩(wěn)定性的常用方法？(A)優(yōu)化敏感材料(B)改進(jìn)封裝技術(shù)(C)定期校準(zhǔn)(D)提高廢水流速10.化學(xué)傳感器在工業(yè)廢水處理中，除了監(jiān)測(cè)污染物濃度外，還可用于：(A)監(jiān)測(cè)處理過(guò)程中的溶解氧(B)監(jiān)測(cè)處理過(guò)程中的pH值(C)監(jiān)測(cè)處理效率(D)以上都是二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）1.化學(xué)傳感器通常由______和______兩部分組成。2.用于檢測(cè)水體中溶解氧的化學(xué)傳感器，通?；赺_____電化學(xué)原理。3.在化學(xué)傳感器性能指標(biāo)中，______表示傳感器對(duì)目標(biāo)物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)的程度。4.對(duì)于光學(xué)傳感器而言，其檢測(cè)信號(hào)通常來(lái)源于目標(biāo)物質(zhì)對(duì)光的______、______或______變化。5.在工業(yè)廢水處理中，選擇化學(xué)傳感器時(shí)，除了考慮靈敏度外，還需關(guān)注其______、______和______。6.針對(duì)復(fù)雜工業(yè)廢水基質(zhì)，為提高化學(xué)傳感器的選擇性，常采用______或______等技術(shù)。7.化學(xué)傳感器輸出的信號(hào)通常需要經(jīng)過(guò)______和______后，才能進(jìn)行顯示、記錄或控制。8.隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，微型化和______已成為化學(xué)傳感器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的重要趨勢(shì)。9.在評(píng)價(jià)化學(xué)傳感器在特定廢水處理工藝中的應(yīng)用效果時(shí)，需要考慮其______、______和______。10.化學(xué)傳感器與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水處理______和______的關(guān)鍵技術(shù)之一。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電位型化學(xué)傳感器（如離子選擇性電極）的工作原理。2.比較電化學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器在檢測(cè)工業(yè)廢水污染物時(shí)各自的主要優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述化學(xué)傳感器在工業(yè)廢水處理過(guò)程中可能面臨的主要干擾因素及其應(yīng)對(duì)策略。4.結(jié)合實(shí)例，簡(jiǎn)述化學(xué)傳感器在實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水處理過(guò)程自動(dòng)化控制中的作用。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述選擇合適的化學(xué)傳感器用于監(jiān)測(cè)特定工業(yè)廢水（如酸性礦山排水或含油廢水）時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？2.分析化學(xué)傳感器技術(shù)在推動(dòng)工業(yè)廢水處理向智能化、精準(zhǔn)化管理方向發(fā)展中的作用和潛力。3.探討當(dāng)前化學(xué)傳感器在工業(yè)廢水處理大規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出可能的應(yīng)對(duì)措施或發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(B)3.(B)4.(C)5.(C)6.(A)7.(D)8.(B)9.(D)10.(D)二、填空題1.檢測(cè)器，轉(zhuǎn)換器2.氧化還原3.靈敏度4.吸收，發(fā)射，散射5.選擇性，穩(wěn)定性，抗干擾能力6.膜隔離，免疫親和7.信號(hào)調(diào)理，信號(hào)轉(zhuǎn)換8.智能化9.準(zhǔn)確性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性10.優(yōu)化，高效三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：電位型傳感器（如離子選擇性電極）的工作原理是基于能斯特方程。其敏感膜對(duì)特定離子具有選擇性，當(dāng)膜內(nèi)外目標(biāo)離子濃度不同時(shí)，會(huì)在膜界面產(chǎn)生電位差（膜電位）。該膜電位與目標(biāo)離子活度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。傳感器產(chǎn)生的電位信號(hào)通過(guò)參比電極與內(nèi)部測(cè)量電路連接，最終輸出與目標(biāo)離子濃度相關(guān)的電位值。該電位值經(jīng)過(guò)儀器校準(zhǔn)后，可以換算成離子濃度。2.解析思路：電化學(xué)傳感器優(yōu)點(diǎn)：通常響應(yīng)速度快，靈敏度高（尤其對(duì)于電活性物質(zhì)），儀器成本相對(duì)較低，技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：易受廢水基質(zhì)中其他物質(zhì)干擾，傳感器壽命相對(duì)較短（易中毒或腐蝕），部分傳感器（如電極）需要維持特定條件（如電位）或定期校準(zhǔn)。光學(xué)傳感器優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)范圍廣，可檢測(cè)非電活性物質(zhì)，理論上可達(dá)到極高的靈敏度，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)檢測(cè)。缺點(diǎn)：響應(yīng)速度相對(duì)較慢，易受濁度、溫度、pH等因素影響，傳感器可能較昂貴，部分需要光源和檢測(cè)系統(tǒng)。3.解析思路：主要干擾因素包括：共存離子干擾（特別是與待測(cè)離子性質(zhì)相似的離子）、非離子干擾（如pH變化、溶解氧變化）、物理干擾（如濁度、溫度變化）、生物干擾（如微生物生長(zhǎng)）以及表面吸附效應(yīng)。應(yīng)對(duì)策略：選擇高選擇性的傳感器（如加入選擇劑）、進(jìn)行樣品預(yù)處理（如過(guò)濾、稀釋、調(diào)節(jié)pH）、采用參比電極補(bǔ)償電位變化、選擇抗干擾能力強(qiáng)的傳感器設(shè)計(jì)（如在線清洗、惰性材料膜）、定期維護(hù)傳感器表面。4.解析思路：化學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廢水處理過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)（如污染物濃度、pH、溶解氧等），并將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被自動(dòng)控制系統(tǒng)讀取的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4-20mA電流信號(hào)或數(shù)字信號(hào)）。控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器反饋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)值或最優(yōu)控制策略進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥泵、閥門、曝氣系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而精確控制處理過(guò)程，確保出水達(dá)標(biāo)，優(yōu)化運(yùn)行條件，降低能耗和人工成本。四、論述題1.解析思路：選擇合適的化學(xué)傳感器需考慮：①?gòu)U水特性：污染物種類、濃度范圍、廢水基質(zhì)（pH、離子強(qiáng)度、濁度、腐蝕性等）。②檢測(cè)目標(biāo)：需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)及其重要性。③傳感器性能：靈敏度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、壽命、抗干擾能力。④工作環(huán)境：現(xiàn)場(chǎng)安裝條件（溫度、壓力）、是否需要防爆等。⑤經(jīng)濟(jì)性：傳感器成本、校準(zhǔn)維護(hù)成本、運(yùn)行成本。⑥與系統(tǒng)的兼容性：信號(hào)輸出形式、接口類型。例如，監(jiān)測(cè)酸性礦山排水需選用耐強(qiáng)酸性且選擇性好的傳感器（如pH電極、重金屬離子電極），同時(shí)要考慮抗腐蝕性。2.解析思路：化學(xué)傳感器技術(shù)通過(guò)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)廢水處理的智能化、精準(zhǔn)化管理提供了基礎(chǔ)。①實(shí)時(shí)反饋：傳感器可即時(shí)反映處理效果和水質(zhì)變化，使管理者掌握動(dòng)態(tài)信息。②精準(zhǔn)控制：基于傳感器數(shù)據(jù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥量、曝氣量等操作參數(shù)的精確調(diào)控，變經(jīng)驗(yàn)控制為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制，提高處理效率和穩(wěn)定性。③預(yù)警預(yù)測(cè)：通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，可預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題（如設(shè)備故障、處理失效），提前預(yù)警。④優(yōu)化決策：大數(shù)據(jù)分析結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)，有助于優(yōu)化處理工藝、能耗管理及資源回收方案。⑤遠(yuǎn)程監(jiān)控：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，提高管理效率?？傊瑐鞲衅骷夹g(shù)是實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)管理到主動(dòng)預(yù)防、從粗放控制到精細(xì)管理的核心支撐。3.解析思路：主要挑戰(zhàn)：①傳感器在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)廢水環(huán)境中的穩(wěn)定性和壽命問(wèn)題（如腐蝕、中毒、污染）。②對(duì)高濃度、寬范圍或多種污染物同時(shí)檢測(cè)的需求與傳感器選擇性、抗干擾能力不足的矛盾。③傳感器成本較高，以及長(zhǎng)期運(yùn)行中校準(zhǔn)、維護(hù)成本高昂。④缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不同傳感器間數(shù)據(jù)可比性差。⑤傳感器輸出信號(hào)的長(zhǎng)期漂移和準(zhǔn)確性保證問(wèn)題。⑥集成化和智能化水平有待提高，與高級(jí)處理工藝和智能控制系統(tǒng)的融合