2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——電化學(xué)傳感器在環(huán)境污染監(jiān)測中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.電化學(xué)傳感器通常由______、______、______和信號處理與輸出單元構(gòu)成。2.基于測量電解質(zhì)溶液中氧化還原電對活度變化的電化學(xué)傳感器稱為______傳感器。3.在電化學(xué)傳感器的性能指標(biāo)中，______表示傳感器對目標(biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)的靈敏程度。4.用于檢測水中溶解氧的電化學(xué)傳感器通常屬于______型傳感器。5.提高電化學(xué)傳感器選擇性的常用方法包括______、______和利用功能化修飾等。6.電化學(xué)阻抗譜（EIS）可以用來研究電化學(xué)傳感器的______過程和界面狀態(tài)。7.將電化學(xué)傳感器與微流控芯片相結(jié)合，可以制備出______電化學(xué)傳感器。8.石墨烯因其優(yōu)異的______和______特性，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的電極材料中。9.電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的主要優(yōu)勢在于______、______和潛在的低成本。10.針對重金屬離子污染物，常用的電化學(xué)傳感分析方法包括______和______。二、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后括號內(nèi)）1.下列哪種電化學(xué)分析方法主要基于測量電極與溶液之間轉(zhuǎn)移的電子數(shù)量與目標(biāo)分析物濃度成正比？（）A.電位分析法B.伏安分析法C.電化學(xué)阻抗譜法D.電化學(xué)發(fā)光分析法2.測量溶液pH值時，通常使用哪種類型的電化學(xué)傳感器？（）A.氧化還原傳感器B.離子選擇電極C.氣體傳感器D.電化學(xué)發(fā)光傳感器3.在電化學(xué)傳感器的應(yīng)用中，選擇性好意味著（）A.傳感器響應(yīng)速度快B.傳感器靈敏度越高越好C.傳感器只對目標(biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)，受共存干擾物影響小D.傳感器壽命長4.下列哪種材料通常不作為電化學(xué)傳感器的電極材料？（）A.金屬B.陶瓷C.聚合物D.半導(dǎo)體5.用于檢測空氣中毒氣（如H?S、NH?）的電化學(xué)傳感器通常屬于（）A.安培型傳感器B.電位型傳感器C.氣敏型傳感器D.電化學(xué)阻抗型傳感器6.電化學(xué)傳感器響應(yīng)時間短通常意味著（）A.傳感器需要較長的時間才能達到穩(wěn)定信號B.傳感器能夠快速達到穩(wěn)定信號C.傳感器靈敏度低D.傳感器選擇性差7.將酶、抗體等生物分子固定在電極表面，形成的電化學(xué)傳感器稱為（）A.金屬基傳感器B.無機基傳感器C.生物傳感器D.導(dǎo)電聚合物傳感器8.電化學(xué)傳感器在水中測量時，主要受到哪種干擾最為嚴(yán)重？（）A.溫度干擾B.pH干擾C.共存離子干擾D.氧氣干擾9.為了提高電化學(xué)傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，常采用的方法是（）A.使用更厚的電極膜B.降低電極電位C.對電極進行修飾（如功能化）D.使用非導(dǎo)電材料10.電化學(xué)傳感器的發(fā)展趨勢之一是（）A.單個傳感器只能檢測一種污染物B.傳感器尺寸越來越大C.開發(fā)集成化、便攜式、甚至可穿戴的傳感器系統(tǒng)D.忽略傳感器的選擇性三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述電位型電化學(xué)傳感器的工作原理及其在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用實例。2.簡述提高電化學(xué)傳感器選擇性的主要途徑。3.簡述電化學(xué)阻抗譜法在研究電化學(xué)傳感器性能方面的作用。4.簡述將電化學(xué)傳感器應(yīng)用于實際環(huán)境樣品分析時需要考慮的主要問題。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述石墨烯材料在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域中的應(yīng)用前景及其優(yōu)勢。2.以檢測水體中某種重金屬離子（如Cr(VI)）為例，論述設(shè)計電化學(xué)傳感器的思路，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？3.結(jié)合當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測的需求，論述電化學(xué)傳感器相比其他監(jiān)測技術(shù)（如色譜、光譜）在環(huán)境污染應(yīng)急監(jiān)測方面的優(yōu)勢與不足。---試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.電極材料，離子選擇性膜（或電化學(xué)膜），參比電極（或電解質(zhì)溶液）2.離子選擇性3.靈敏度4.氧化還原5.控制反應(yīng)條件（如電位），增加選擇性好干擾物的反應(yīng)阻力6.電荷轉(zhuǎn)移7.微流控8.高導(dǎo)電性，優(yōu)異的表面積9.快速，便攜（或成本低，易于操作）10.電化學(xué)沉淀法，吸附法（或伏安法，電位法）二、選擇題（每題2分，共20分）1.B2.B3.C4.B5.C6.B7.C8.C9.C10.C三、簡答題（每題5分，共20分）1.答案：電位型電化學(xué)傳感器基于能斯特方程，測量電極電位與溶液中特定離子活度之間的比例關(guān)系。當(dāng)傳感器選擇性膜對目標(biāo)離子具有選擇性響應(yīng)時，傳感器與參比電極之間的電位差會發(fā)生變化，通過測量該電位差并換算，即可得到目標(biāo)離子的濃度。例如，用于測量水體中氟離子濃度的氟離子選擇性電極。解析思路：考察對電位分析法基本原理的理解。需要說明其基于能斯特方程的原理，即電位與離子活度（或濃度）的關(guān)系，強調(diào)傳感器的選擇性膜（離子選擇性電極的核心部分）的作用，以及最終通過測量電位差換算濃度的過程。結(jié)合一個具體的應(yīng)用實例（如氟離子電極）使回答更完整。2.答案：提高電化學(xué)傳感器選擇性的主要途徑包括：①選擇具有高度選擇性的電極材料或膜材料；②通過化學(xué)修飾或物理方法（如表面涂覆、摻雜）改變電極表面性質(zhì)，引入對目標(biāo)分析物有特殊識別能力的基團或位點；③控制測量條件，如選擇合適的電位、優(yōu)化電解質(zhì)體系等；④利用免疫學(xué)、酶學(xué)或分子印跡技術(shù)，使傳感器具有生物分子或特定分子識別位點，實現(xiàn)對目標(biāo)物的特異性識別。解析思路：考察對提高傳感器選擇性策略的掌握。需要從材料選擇、表面改性/功能化、測量條件控制、生物/分子識別等多個角度進行闡述，體現(xiàn)方法的多樣性。3.答案：電化學(xué)阻抗譜（EIS）通過測量不同頻率下交流正弦信號的幅值和相位，獲得傳感器的電化學(xué)阻抗譜圖。通過分析阻抗譜圖的特征（如半圓直徑、Warburg斜率等），可以研究電極/溶液界面處的電荷轉(zhuǎn)移過程、傳質(zhì)過程、電極表面的狀態(tài)變化（如修飾層厚度與性質(zhì)、生物分子固定情況）、以及電解質(zhì)溶液內(nèi)部的阻抗信息。因此，EIS可用于研究傳感器的響應(yīng)機理、評估電極修飾效果、分析傳感器穩(wěn)定性和壽命等。解析思路：考察對EIS原理和應(yīng)用的理解。需要說明EIS的基本測量方法（頻率掃描、交流信號），解釋阻抗譜圖所包含的信息，并具體闡述這些信息如何用于研究傳感器性能的不同方面（機理、修飾、穩(wěn)定性等）。4.答案：將電化學(xué)傳感器應(yīng)用于實際環(huán)境樣品分析時需要考慮的主要問題包括：①樣品前處理：環(huán)境樣品通常復(fù)雜，含有大量基質(zhì)成分（如懸浮物、鹽類、有機物等），可能干擾測量，因此常需要預(yù)處理（如過濾、稀釋、萃取、凈化）以獲得適合測量的樣品；②實際干擾：除了共存離子干擾，還需考慮pH變化、溶解氧、溫度、光照等因素的影響；③傳感器穩(wěn)定性與壽命：在實際監(jiān)測中，傳感器需要長期穩(wěn)定工作，其性能會隨時間衰減，需考慮抗干擾能力和更換周期；④定量分析的準(zhǔn)確性：需要建立可靠的校準(zhǔn)曲線，考慮基質(zhì)效應(yīng)，并可能需要內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)加入法等校正方法；⑤便攜性與成本：對于現(xiàn)場快速監(jiān)測，傳感器的尺寸、重量、功耗、操作復(fù)雜度和成本都是重要因素。解析思路：考察對電化學(xué)傳感器實際應(yīng)用挑戰(zhàn)的認知。需要從樣品復(fù)雜性及前處理、實際環(huán)境干擾因素、傳感器自身性能（穩(wěn)定性、壽命）、定量分析準(zhǔn)確性以及現(xiàn)場應(yīng)用要求（便攜性、成本）等多個維度進行回答。四、論述題（每題10分，共30分）1.答案：石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、極大的比表面積、優(yōu)異的機械強度和良好的生物相容性等特性，使其在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其高導(dǎo)電性可以顯著提高傳感器的電信號響應(yīng)，增強靈敏度；其巨大的比表面積提供了豐富的活性位點，有利于增加電極與目標(biāo)分析物的接觸面積，提高傳感器的加載量或催化活性，從而提高靈敏度和響應(yīng)速度；可以通過化學(xué)修飾方便地在石墨烯表面引入各種官能團或固定生物分子，實現(xiàn)對特定污染物的高選擇性識別；石墨烯基復(fù)合材料（如石墨烯/貴金屬納米材料、石墨烯/導(dǎo)電聚合物）可以進一步優(yōu)化傳感器的性能；此外，其柔性特點也使得基于石墨烯的傳感器易于制備成柔性、可穿戴器件，滿足便攜式或可植入式環(huán)境監(jiān)測需求。因此，石墨烯及其衍生物是構(gòu)建高性能電化學(xué)傳感器的理想材料。解析思路：考察對石墨烯材料優(yōu)勢及其在傳感器中作用的理解和延展能力。需要首先列出石墨烯的關(guān)鍵物理化學(xué)性質(zhì)，然后逐一分析這些性質(zhì)如何直接或間接地提升電化學(xué)傳感器的性能（靈敏度、選擇性、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等），并可以拓展到復(fù)合材料、柔性器件等前沿應(yīng)用方向。2.答案：以檢測水體中Cr(VI)為例，設(shè)計電化學(xué)傳感器的思路如下：首先，根據(jù)Cr(VI)的電化學(xué)性質(zhì)，選擇合適的電化學(xué)分析方法。Cr(VI)在特定電位下具有氧化還原特性，伏安分析法（如線性掃描伏安法、差分脈沖伏安法）是常用的選擇。其次，選擇合適的電極材料?？梢允褂觅F金屬（如Pt、Au）作為工作電極，或利用石墨烯、碳納米管等碳材料，也可以設(shè)計基于生物分子（如抗Cr(VI)抗體、Cr(VI)響應(yīng)酶）的免疫傳感器或酶傳感器。然后，考慮傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果是基于膜的選擇性傳感器，需要選擇或合成對Cr(VI)具有高選擇性、高滲透性的離子選擇性膜材料，并優(yōu)化膜的性質(zhì)（如厚度、透過率）。如果是基于電極修飾的傳感器，需要選擇合適的修飾方法（如電化學(xué)沉積、物理吸附、化學(xué)固定）將識別元件（如酶、抗體、適配體）或催化材料固定在電極表面。接著，優(yōu)化傳感器的響應(yīng)條件，如選擇最佳測量電位、優(yōu)化電解質(zhì)溶液組成（pH、支持電解質(zhì)種類與濃度）。最后，對傳感器進行性能評價，包括檢測限、靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性等，并根據(jù)評價結(jié)果進行必要的改進。解析思路：考察設(shè)計電化學(xué)傳感器的系統(tǒng)思維和綜合應(yīng)用能力。需要按照“分析方法選擇->電極材料選擇->結(jié)構(gòu)設(shè)計->條件優(yōu)化->性能評價與改進”的邏輯鏈條展開論述，結(jié)合Cr(VI)的具體性質(zhì)，說明每一步驟需要考慮的關(guān)鍵因素和可能的技術(shù)手段。3.答案：電化學(xué)傳感器相比其他監(jiān)測技術(shù)（如色譜、光譜），在環(huán)境污染應(yīng)急監(jiān)測方面具有顯著優(yōu)勢：①快速性：電化學(xué)傳感器通?？梢詫崿F(xiàn)秒級到分鐘級的快速響應(yīng)，能夠迅速提供現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，滿足應(yīng)急監(jiān)測對時效性的要求；②便攜性：許多電化學(xué)傳感器體積小、重量輕，易于集成化、小型化，甚至微型化，方便攜帶到現(xiàn)場進行即時檢測；③成本效益：相對于大型色譜、光譜儀等設(shè)備，電化學(xué)傳感器的制造成本和操作維護成本通常較低；④線性范圍寬：部分電化學(xué)傳感器具有較寬的線性響應(yīng)范圍，適合不同濃度水平的檢測；⑤可在線/原位監(jiān)測：易于實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測或原位實時監(jiān)測。然而，電化學(xué)傳感器也存在一些不足：①靈敏度相對較低：對于低濃度污染物的檢測，可能需要預(yù)處理或選擇高靈敏度傳感器；②選擇性可能受限