2025年大學《化學測量學與技術(shù)》專業(yè)題庫——化學傳感器在工業(yè)廢水處理中的應用考試時間：______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填寫在題干后的括號內(nèi)。多選、錯選、漏選均不得分。）1.化學傳感器的基本組成通常包括（）。A.敏感材料B.換能器C.信號放大與處理系統(tǒng)D.數(shù)據(jù)輸出接口E.廢水樣品預處理裝置2.下列哪些傳感器類型屬于基于質(zhì)量變化進行檢測？（）A.氣敏電阻B.酒精傳感器（半導體型）C.金屬氧化物半導體（MOS）傳感器D.恒電流充放電法氨氣傳感器E.濕度傳感器3.在工業(yè)廢水處理過程中，在線監(jiān)測pH值的主要目的是（）。A.控制中和反應的藥劑投加量B.評估廢水的酸堿危害C.優(yōu)化微生物處理效率D.確保廢水排放達標E.監(jiān)測pH電極的老化程度4.下列關(guān)于電化學傳感器的描述，正確的是（）。A.氧化還原反應是常見的電化學信號轉(zhuǎn)換機制B.電化學傳感器通常具有較快的響應速度C.所有電化學傳感器都需要外加電位進行控制D.電化學傳感器容易受到溶液中其他物質(zhì)的干擾E.離子選擇性電極屬于電化學傳感器的一種特殊形式5.將化學傳感器應用于工業(yè)廢水處理時，需要重點考慮的性能指標包括（）。A.靈敏度B.選擇性C.響應時間D.穩(wěn)定性（漂移）E.抗干擾能力F.成本效益二、填空題（每空1分，共15分）1.基于敏感材料選擇性吸附目標分析物，導致其物理性質(zhì)（如電阻、電容）發(fā)生變化的傳感器原理稱為________原理。2.在工業(yè)廢水處理中，用于檢測總有機碳（TOC）或化學需氧量（COD）的在線監(jiān)測設(shè)備，通常采用________消耗法或________光度法原理。3.重金屬離子選擇性電極的響應通常符合能斯特方程，其斜率與________成正比。4.為了提高化學傳感器在復雜工業(yè)廢水環(huán)境中的測量準確性，常需要對廢水樣品進行________（例如過濾、酸化、稀釋等）處理。5.利用酶作為敏感材料的生物傳感器，通常具有很高的________和________。6.傳感器輸出的信號經(jīng)過放大和處理后，需要通過________進行顯示、記錄或傳輸，以便于后續(xù)分析或控制。7.針對特定揮發(fā)性有機污染物（VOCs）的工業(yè)廢水，可選用相應的________傳感器進行在線監(jiān)測。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述電化學傳感器的基本工作原理及其在廢水處理監(jiān)測中的主要優(yōu)勢。2.比較水質(zhì)參數(shù)pH和電導率在線監(jiān)測在工業(yè)廢水處理過程中的不同應用意義。3.簡述選擇化學傳感器應用于特定工業(yè)廢水監(jiān)測時，需要考慮的主要因素。4.什么是化學傳感器的選擇性？為什么在復雜的工業(yè)廢水環(huán)境中，傳感器的選擇性至關(guān)重要？四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述一種常用的工業(yè)廢水處理過程中（如活性污泥法）所使用的化學傳感器（如溶解氧傳感器或pH傳感器），分析其在過程控制和優(yōu)化中的作用，并討論其應用中可能遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)及相應的解決方案。2.結(jié)合實例，論述化學傳感器技術(shù)與現(xiàn)代分析技術(shù)（如光譜法、色譜法）聯(lián)用，在工業(yè)廢水復雜組分監(jiān)測與分析中的優(yōu)勢和應用前景。試卷答案一、選擇題1.(A)(B)(C)2.(A)(B)(C)(E)3.(A)(C)(D)4.(A)(B)(D)(E)5.(A)(B)(C)(D)(E)二、填空題1.質(zhì)量變化2.燃燒；氧化3.濃度4.預處理5.靈敏度；選擇性6.顯示裝置7.氣敏三、簡答題1.解析思路：首先回答電化學傳感器原理（基于電極反應產(chǎn)生電信號）。然后列出其主要優(yōu)勢，如：對微量物質(zhì)檢測靈敏度高、響應速度快、結(jié)構(gòu)相對簡單、可制成微型化傳感器便于在線實時監(jiān)測、成本相對較低等。結(jié)合廢水處理監(jiān)測需求（如實時快速檢測污染物濃度）進行闡述。2.解析思路：首先分別解釋pH和電導率表示的物理意義（pH反映溶液酸堿度，電導率反映水中離子總濃度）。然后闡述pH監(jiān)測在控制中和反應、維持微生物最佳生存環(huán)境、確保排放達標方面的意義。闡述電導率監(jiān)測在反映廢水總礦化程度、輔助判斷處理效果、監(jiān)測某些離子變化（如鹽類廢水）方面的意義。比較兩者側(cè)重點不同。3.解析思路：從傳感器自身特性出發(fā)（如選擇性、靈敏度、線性范圍、穩(wěn)定性、響應時間）、從廢水介質(zhì)特性出發(fā)（如基質(zhì)復雜性、存在干擾物質(zhì)、溫度pH變化）、從測量目的出發(fā)（是實時監(jiān)控還是定點分析、是否需要集成到控制系統(tǒng)）、從成本和維護角度出發(fā)（傳感器壽命、維護頻率、操作便利性、價格）等方面進行闡述。4.解析思路：首先定義選擇性（傳感器對目標分析物的響應程度相對于共存干擾物的響應程度的差異）。然后解釋在復雜工業(yè)廢水中，存在多種離子和分子干擾物，如果傳感器選擇性差，會導致測量結(jié)果不準確，無法真實反映目標污染物的濃度。強調(diào)高選擇性是保證監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵。四、論述題1.解析思路：*選擇傳感器：明確選擇溶解氧（DO）傳感器為例。闡述其在活性污泥法中的核心作用是監(jiān)測曝氣池中溶解氧濃度。*作用分析：論述DO是好氧微生物進行新陳代謝所必需的，其濃度直接影響微生物活性，進而影響有機物的去除效率。通過監(jiān)測DO變化，可以判斷曝氣系統(tǒng)的運行狀況（是否過度曝氣或曝氣不足），從而依據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整曝氣設(shè)備的運行參數(shù)（如風機轉(zhuǎn)速、閥門開度），以達到節(jié)能降耗和保證處理效果的雙重目的。也可以結(jié)合F/M比等參數(shù)，根據(jù)DO數(shù)據(jù)優(yōu)化污泥齡等工藝參數(shù)。*技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案：分析可能遇到的挑戰(zhàn)，如：傳感器膜片污染（生物膜附著、懸浮物堵塞）、電極老化漂移、測量環(huán)境變化（溫度、壓力、濁度）引入誤差、現(xiàn)場安裝與維護困難等。針對這些挑戰(zhàn)提出解決方案，如：定期清洗或更換膜片、選擇抗污染膜材料、進行溫度補償、采用在線校準或自動清洗功能、選擇堅固耐用且易于維護的傳感器型號、配合預處理裝置使用等。2.解析思路：*闡述聯(lián)用優(yōu)勢：論述單一化學傳感器通常只能測定一種或一類物質(zhì)，而工業(yè)廢水成分復雜，需要同時或輪流監(jiān)測多種參數(shù)。化學傳感器（特別是多參數(shù)傳感器陣列或在線監(jiān)測系統(tǒng)）具有實時快速的特點，但可能缺乏復雜組分定性的能力。現(xiàn)代分析技術(shù)（如光譜法-紅外、紫外可見、原子吸收/發(fā)射光譜；色譜法-GC、HPLC）則具有強大的復雜樣品分離和定性與定量能力，但通常是離線分析，耗時較長。*結(jié)合實例說明：舉例說明聯(lián)用應用。例如，利用多通道化學傳感器陣列在線監(jiān)測廢水中多種揮發(fā)性有機物（VOCs）的初步濃度變化趨勢，觸發(fā)或指導后續(xù)采用GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用）進行精確的成分鑒定和定量分析；或者，在線pH/ORP傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)用于優(yōu)化化學沉淀或氧化還原過程，