2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——電化學(xué)傳感器技術(shù)研究考試時(shí)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(hào)處理與輸出單元四部分組成。2.基于能斯特方程原理，在濃度恒定的情況下，對(duì)于N價(jià)可逆電化學(xué)反應(yīng)，電極電位E與logarithm（以10為底）的電解質(zhì)活度（或濃度）c的關(guān)系是線性的，其斜率為______。3.在電化學(xué)傳感器中，用于增加電極表面積、改善傳質(zhì)、提高選擇性和賦予特定功能的材料稱為______。4.循環(huán)伏安法（CV）通過掃描______，觀察______隨電位變化，可用于研究電極反應(yīng)的可逆性、反應(yīng)機(jī)理和吸附等。5.衡量電化學(xué)傳感器對(duì)目標(biāo)分析物響應(yīng)敏感程度的指標(biāo)是______，其定義為產(chǎn)生特定響應(yīng)電流（或電位）時(shí)對(duì)應(yīng)的分析物濃度。6.電化學(xué)阻抗譜（EIS）利用正弦交流信號(hào)激發(fā)電極體系，通過分析電路的______和______來(lái)研究電極過程的動(dòng)力學(xué)生態(tài)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，可以實(shí)現(xiàn)______、______和______，是當(dāng)前熱門的研究方向之一。8.用于檢測(cè)環(huán)境水體中痕量重金屬離子（如鉛、汞）的電化學(xué)傳感器，常利用金屬離子與______或______的特定電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。9.在生物電化學(xué)傳感器中，利用酶、抗體、核酸等生物分子作為識(shí)別元件，這種技術(shù)通常被稱為______。10.電化學(xué)傳感器相比傳統(tǒng)分析方法，突出的優(yōu)點(diǎn)之一是______，可以在接近真實(shí)樣品的環(huán)境中直接進(jìn)行檢測(cè)。二、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種電化學(xué)分析方法屬于非線性掃描技術(shù)？（）A.線性掃描伏安法B.恒電位電流法C.循環(huán)伏安法D.計(jì)時(shí)電流法2.提高電化學(xué)傳感器檢測(cè)限（LOD）的關(guān)鍵在于？（）A.提高響應(yīng)時(shí)間B.提高靈敏度C.提高選擇性D.降低噪聲水平3.在電化學(xué)傳感器的電極修飾中，利用層層自組裝（LSA）技術(shù)可以構(gòu)筑具有精確、有序結(jié)構(gòu)的納米級(jí)復(fù)合薄膜，其主要優(yōu)勢(shì)是？（）A.成本低廉B.修飾過程簡(jiǎn)單快速C.可以精確調(diào)控薄膜厚度和組成，提高傳感器的選擇性和性能D.適用于所有類型的電極材料4.對(duì)于測(cè)量生物體內(nèi)葡萄糖濃度的電化學(xué)傳感器，其識(shí)別元件最可能是？（）A.金屬氧化物納米顆粒B.石墨烯C.葡萄糖氧化酶D.聚苯胺5.電化學(xué)阻抗譜（EIS）中，當(dāng)阻抗譜表現(xiàn)為一條半圓弧時(shí)，通常指示？（）A.電極過程主要受傳質(zhì)控制B.存在電荷轉(zhuǎn)移電阻和Warburg電容C.電極表面均勻覆蓋了穩(wěn)定的鈍化膜D.電極反應(yīng)是不可逆的6.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（Au）B.石墨C.二氧化硅（SiO?）D.氧化銦錫（ITO）7.電化學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)是？（）A.可重復(fù)使用B.通常具有較高的靈敏度和選擇性C.無(wú)需復(fù)雜的樣品預(yù)處理即可直接分析樣品D.可與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接連接8.在電化學(xué)傳感器中，選擇合適的電解質(zhì)溶液對(duì)于保證測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，其關(guān)鍵作用是？（）A.提供電荷轉(zhuǎn)移的介質(zhì)B.提高電極的導(dǎo)電性C.沉淀掉干擾離子D.以上都是9.下列哪項(xiàng)不屬于電化學(xué)傳感器的主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)？（）A.響應(yīng)時(shí)間B.功率消耗C.選擇性D.檢測(cè)限（LOD）10.隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料（如碳納米管、量子點(diǎn)）在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用日益廣泛，其主要原因是它們能？（）A.提供更大的比表面積B.具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和獨(dú)特的電子性質(zhì)C.易于功能化以增強(qiáng)識(shí)別能力D.以上都是三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電化學(xué)傳感器相比傳統(tǒng)光學(xué)或色譜分析方法，在檢測(cè)速度方面可能具有的優(yōu)勢(shì)。2.解釋什么是電化學(xué)傳感器的選擇性，并列舉至少三種提高傳感器選擇性的常用策略。3.簡(jiǎn)述電化學(xué)阻抗譜（EIS）在研究電化學(xué)傳感器電極過程動(dòng)力學(xué)方面的基本原理和應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述將電化學(xué)傳感器應(yīng)用于食品安全檢測(cè)（例如，檢測(cè)農(nóng)藥殘留或非法添加劑）時(shí)可能面臨的主要挑戰(zhàn)。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述導(dǎo)電聚合物材料在電化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)和制備中的重要作用及其主要優(yōu)勢(shì)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述電化學(xué)傳感器技術(shù)在未來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)或生物醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域可能發(fā)揮的重要作用以及面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.電極識(shí)別元件；傳質(zhì)層；信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大；信號(hào)處理與輸出單元2.(RT/nF)*2.3033.電極修飾材料4.電壓（電位）；電流5.靈敏度6.電阻；電容7.微型化；集成化；自動(dòng)化8.螺旋共軛分子；金屬離子指示劑（或：配位體；指示礦物）9.生物電化學(xué)傳感10.高靈敏度（或：現(xiàn)場(chǎng)、在線、原位檢測(cè)能力）二、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.C2.B3.C4.C5.B6.C7.C8.D9.B10.D三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.解析思路：電化學(xué)傳感器通過電極與待測(cè)物發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)的產(chǎn)生和讀取通?；陔娮泳€路，過程速度快，無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟。相比之下，光學(xué)方法常需顯色反應(yīng)、分離、光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)等；色譜方法需樣品衍生化、色譜柱分離、檢測(cè)器檢測(cè)等，整體分析周期較長(zhǎng)。因此，電化學(xué)傳感器在需要快速響應(yīng)的場(chǎng)景（如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、過程分析）中具有顯著的速度優(yōu)勢(shì)。答案要點(diǎn)：電化學(xué)反應(yīng)速度快；信號(hào)讀取直接；通常無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟；分析流程短。2.解析思路：選擇性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)目標(biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)，同時(shí)能有效抑制或消除共存干擾物的干擾的能力。提高選擇性的策略通常著眼于增強(qiáng)傳感器識(shí)別元件與目標(biāo)分析物之間的特異性相互作用，同時(shí)降低與非目標(biāo)物的相互作用。常用策略包括：使用具有高選擇性的生物分子（酶、抗體、適配體）作為識(shí)別元件；利用功能化材料（如特定配體、納米材料）實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的特異性吸附或催化反應(yīng)；通過電化學(xué)修飾電極表面構(gòu)建選擇性傳質(zhì)層或活性位點(diǎn)；利用光譜修飾或化學(xué)修飾技術(shù)改變電極電位選擇性等。答案要點(diǎn)：增強(qiáng)目標(biāo)物與識(shí)別元件的特異性相互作用；降低干擾物的作用；常用策略：生物分子識(shí)別、功能化材料、電極表面修飾、光譜/化學(xué)修飾。3.解析思路：EIS的基本原理是向電化學(xué)體系施加一個(gè)小的正弦交流電壓，測(cè)量產(chǎn)生的交流電流，得到復(fù)數(shù)阻抗（Z=Z'+iZ''）。通過分析阻抗譜圖（通常以Z'為橫坐標(biāo)，Z''為縱坐標(biāo)），可以獲得關(guān)于電極過程信息。在傳感器中，EIS可用于研究：電極表面的電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct），反映反應(yīng)速率；與傳質(zhì)相關(guān)的Warburg阻抗，指示物質(zhì)擴(kuò)散過程；電雙層電容，反映雙電層結(jié)構(gòu)；以及修飾層、鈍化膜等的存在及其性質(zhì)。通過分析不同條件或不同傳感器的阻抗譜特征（如半圓弧的大小、位置），可以深入了解電極過程的動(dòng)力學(xué)特征、界面狀態(tài)變化以及傳感器的響應(yīng)機(jī)制和穩(wěn)定性等。答案要點(diǎn)：基本原理：施加交流電壓，測(cè)量交流電流，得到阻抗Z；Z=Z'+iZ''；常用分析方法：Nyquist圖；應(yīng)用：測(cè)定電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct、Warburg阻抗、電容等；研究電極過程動(dòng)力學(xué)、界面狀態(tài)、傳感器響應(yīng)機(jī)制和穩(wěn)定性。4.解析思路：食品安全檢測(cè)對(duì)傳感器的要求極高。主要挑戰(zhàn)包括：樣品基質(zhì)復(fù)雜（基質(zhì)效應(yīng)），食品成分（糖、鹽、油脂、色素等）可能干擾檢測(cè)；目標(biāo)分析物濃度低，需要高靈敏度和低檢測(cè)限；食品中存在多種潛在的干擾物，要求傳感器具有高選擇性；檢測(cè)需要快速、簡(jiǎn)便，便于現(xiàn)場(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)前檢測(cè)；傳感器在實(shí)際食品樣品中的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求嚴(yán)格，檢測(cè)結(jié)果需準(zhǔn)確可靠。答案要點(diǎn)：樣品基質(zhì)復(fù)雜，存在基質(zhì)效應(yīng)干擾；目標(biāo)物濃度低，要求高靈敏度和低檢測(cè)限；存在多種干擾物，要求高選擇性；需要快速、簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；傳感器在實(shí)際樣品中的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。四、論述題（每題10分，共20分）1.解析思路：導(dǎo)電聚合物具有獨(dú)特的性能：主鏈含有交替的雙鍵和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，易于摻雜，從而具有優(yōu)異的導(dǎo)電性；可通過化學(xué)修飾引入各種官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器識(shí)別元件的定制化和功能化；通常具有良好的生物相容性和生物活性，易于用于生物傳感器；制備方法多樣，易于加工成各種形狀的電極，且成本相對(duì)較低。這些優(yōu)勢(shì)使得導(dǎo)電聚合物在電化學(xué)傳感器中扮演重要角色，可用于制備高靈敏度、高選擇性、易功能化、甚至具有開關(guān)或記憶功能的傳感器。答案要點(diǎn)：*優(yōu)異的導(dǎo)電性：易摻雜，實(shí)現(xiàn)良好電信號(hào)傳導(dǎo)，提高靈敏度和響應(yīng)速度。*易于功能化：主鏈可引入各種官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物的特異性識(shí)別（如連接酶、抗體、適配體、配體）。*良好的生物相容性：適用于制備生物電化學(xué)傳感器。*制備方法多樣，成本低：易于加工成各種電極形式，降低制造成本。*實(shí)例：用于制備檢測(cè)生物分子（血糖、激素）、重金屬、有機(jī)污染物等的傳感器，或制備具有開關(guān)、記憶等功能的智能傳感器。2.解析思路：電化學(xué)傳感器以其高靈敏度、高選擇性、快速響應(yīng)、成本相對(duì)較低、易于微型化和集成化等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)和生物醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。*環(huán)境監(jiān)測(cè)：可用于現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體和空氣中的污染物，如重金屬離子（鉛、汞、鎘）、農(nóng)藥殘留、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、氮氧化物、二氧化硫等。例如，基于金屬氧化物納米顆?；蚴┑膫鞲衅骺筛哽`敏度檢測(cè)水體中的重金屬；基于導(dǎo)電聚合物的傳感器可用于檢測(cè)空氣中的有毒氣體。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、保護(hù)環(huán)境。*生物醫(yī)學(xué)診斷：可用于快速、便捷地檢測(cè)體液（血液、尿液、唾液）中的疾病標(biāo)志物，如葡萄糖（血糖儀）、膽固醇、乳酸、尿酸等代謝物；也可用于檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物、藥物濃度、病原體相關(guān)分子等。例如，酶基生物傳感器用于血糖監(jiān)測(cè)已廣泛應(yīng)用；基于適配體的電化學(xué)生物傳感器可用于早期癌癥診斷。這有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)、診斷和個(gè)性化治療。*面臨的挑戰(zhàn)：盡管潛力巨大，但仍面臨挑戰(zhàn)，如：提高復(fù)雜生物樣品（血液、組織液）檢測(cè)的選擇性和穩(wěn)定性；將傳感器小型化、集成化，實(shí)現(xiàn)便攜式或植入式應(yīng)用；提高長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性和生物相容性；建立完善的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程；降低成本，使其能在資源有限地區(qū)普及等?？朔@些挑戰(zhàn)將使電化學(xué)傳感器在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮更關(guān)鍵的作用。答案要點(diǎn)：*優(yōu)勢(shì)：高靈敏度、高