2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——新型化學(xué)測量技術(shù)應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.微流控芯片分析技術(shù)的主要優(yōu)勢之一是？A.可處理大量樣品B.通常成本極低C.可實(shí)現(xiàn)高度集成與自動化D.對樣品前處理要求極低2.下列哪種傳感器通常基于抗原抗體特異性結(jié)合原理？A.酶傳感器B.DNA傳感器C.免疫傳感器D.氧化還原酶傳感器3.表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)顯著增強(qiáng)拉曼信號的主要物理機(jī)制是？A.增強(qiáng)了光源強(qiáng)度B.利用待測物與貴金屬納米結(jié)構(gòu)間的等離子體共振耦合C.提高了檢測器靈敏度D.降低了環(huán)境背景干擾4.在電化學(xué)分析中，利用納米材料（如碳納米管）修飾電極，其主要目的通常不包括？A.提高電極的導(dǎo)電性B.增大電極表面積以容納更多活性物質(zhì)C.提高電極的機(jī)械穩(wěn)定性D.直接改變法拉第響應(yīng)信號的本質(zhì)5.欲在復(fù)雜基質(zhì)（如生物樣品或環(huán)境水樣）中進(jìn)行痕量分析，以下哪種離子化技術(shù)相對更具優(yōu)勢？A.電子轟擊電離(EI)B.大氣壓化學(xué)電離(APCI)C.電噴霧電離(ESI)D.基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)6.下列哪種技術(shù)常被用于環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的實(shí)時監(jiān)測？A.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)B.氣體電化學(xué)傳感器C.離子色譜D.拉曼光譜7.量子點(diǎn)作為熒光標(biāo)記物，其主要優(yōu)勢在于？A.可發(fā)射特定波長的光，且峰形尖銳B.具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性C.本身具有生物相容性D.成本非常低廉8.生物燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其基本工作原理依賴于？A.光照激發(fā)產(chǎn)生電流B.生物酶催化氧化還原反應(yīng)C.溫度變化驅(qū)動物理過程D.離子選擇性滲透9.在設(shè)計基于納米材料的化學(xué)傳感器時，以下哪個因素通常不是其優(yōu)點(diǎn)的直接體現(xiàn)？A.極高的比表面積B.小尺寸效應(yīng)帶來的特殊物理化學(xué)性質(zhì)C.高成本和難以制備D.易于功能化修飾10.將人工智能（AI）技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)測量數(shù)據(jù)，其主要價值在于？A.完全替代人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集B.自動完成所有數(shù)據(jù)分析任務(wù)C.輔助模式識別、預(yù)測建模和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)D.降低儀器的硬件成本二、填空題1.微流控芯片技術(shù)通常需要微加工技術(shù)（如光刻、軟蝕刻）來實(shí)現(xiàn)其通道和結(jié)構(gòu)。2.為了提高生物傳感器的選擇性，常采用__分子印跡__技術(shù)制備具有特定識別位點(diǎn)的識別層。3.拉曼光譜提供的是分子振動和轉(zhuǎn)動的指紋信息，其強(qiáng)度通常遠(yuǎn)低于相應(yīng)的熒光信號，這是其面臨的主要挑戰(zhàn)之一。4.在電化學(xué)傳感器中，將電信號（如電流、電位）轉(zhuǎn)換成可測量信息的部分稱為__檢測器__。5.質(zhì)譜技術(shù)中，根據(jù)離子在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn)程度不同來分離離子的核心部件是__質(zhì)量分析器__。6.SERS效應(yīng)的產(chǎn)生需要滿足兩個關(guān)鍵條件：一是待測物吸附在粗糙的__貴金屬__表面，二是存在局域表面等離子體共振（LSPR）。7.利用酶的高效催化特性制成的酶傳感器，通常選擇酶的__催化__反應(yīng)作為檢測信號的基礎(chǔ)。8.納米材料因其__小尺寸效應(yīng)__和__表面效應(yīng)__，在傳感應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特的性能。9.在環(huán)境監(jiān)測中，電化學(xué)傳感器因其__便攜性__、__快速響應(yīng)__和__成本相對較低__等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。10.近場光學(xué)技術(shù)可以突破傳統(tǒng)光學(xué)儀器的__衍射極限__，實(shí)現(xiàn)對納米尺度結(jié)構(gòu)的探測。三、名詞解釋1.Lab-on-a-Chip2.信號轉(zhuǎn)換3.檢測限(LOD)4.等離子體共振5.跨學(xué)科集成四、簡答題1.簡述生物傳感器相比于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法（如色譜、光譜）在選擇性方面的優(yōu)勢。2.簡要說明微流控芯片分析技術(shù)在生物樣品處理與分析中的主要優(yōu)勢。五、論述題1.論述表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)在實(shí)際痕量分析應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及可能的解決方案。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述化學(xué)測量新技術(shù)（如一種你熟悉的新型傳感器或光譜技術(shù)）在解決某個特定科學(xué)或?qū)嶋H問題（如環(huán)境監(jiān)測、疾病診斷）中的價值和應(yīng)用前景。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.D5.C6.B7.A8.B9.C10.C二、填空題1.微加工2.分子印跡3.熒光4.檢測器5.質(zhì)量分析器6.貴金屬7.催化8.小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)9.便攜性、快速響應(yīng)、成本相對較低10.衍射極限三、名詞解釋1.Lab-on-a-Chip:指將樣品處理、反應(yīng)、分離和檢測等基本操作單元集成在一片幾平方厘米的芯片上的微型化分析系統(tǒng)。2.信號轉(zhuǎn)換:指將測量過程中產(chǎn)生的物理量（如電化學(xué)信號、光學(xué)信號、熱信號等）或樣品中被測物信息（濃度、種類等）轉(zhuǎn)換為可檢測、處理和記錄的形式（如電流、電壓、光強(qiáng)、數(shù)字信號等）的過程。3.檢測限(LOD):指分析方法能夠可靠地檢測出樣品中待測物質(zhì)存在的能力極限，通常定義為信號響應(yīng)等于三倍噪聲（3σ）時對應(yīng)的待測物濃度或質(zhì)量。4.等離子體共振:指金屬納米顆粒表面自由電子集體振蕩的共振現(xiàn)象，當(dāng)入射光的頻率與該振蕩頻率匹配時，共振吸收急劇增強(qiáng)。5.跨學(xué)科集成:指將來自不同學(xué)科（如化學(xué)、物理、生物、材料、醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)等）的知識、技術(shù)、方法和儀器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以解決復(fù)雜問題或開發(fā)新型系統(tǒng)的一種理念和實(shí)踐。四、簡答題1.簡述生物傳感器相比于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法（如色譜、光譜）在選擇性方面的優(yōu)勢。解析思路：對比生物傳感器的識別元件（生物分子如酶、抗體、DNA）與傳統(tǒng)方法的識別方式（固定化試劑、色譜柱選擇）。生物分子具有高度特異性，能與特定目標(biāo)物結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的選擇性檢測，即使在與目標(biāo)物結(jié)構(gòu)相似的眾多共存物中也能有效區(qū)分。答：生物傳感器利用生物分子（酶、抗體、DNA等）作為識別元件，這些生物分子通常具有高度的特異性，即僅與特定的目標(biāo)分析物結(jié)合。這種特異性源于生物分子與目標(biāo)物之間復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合模式。相比之下，傳統(tǒng)化學(xué)分析方法如色譜依賴固定相的選擇性吸附或分配，光譜分析則基于分子結(jié)構(gòu)的整體相似性導(dǎo)致的光譜重疊。因此，生物傳感器在復(fù)雜基質(zhì)中檢測痕量目標(biāo)物時，能夠有效避免或減輕共存物的干擾，表現(xiàn)出更高的選擇性。2.簡要說明微流控芯片分析技術(shù)在生物樣品處理與分析中的主要優(yōu)勢。解析思路：從微流控技術(shù)的核心特點(diǎn)（小體積、高效率、自動化、集成化）出發(fā)，結(jié)合生物樣品處理的需求（樣品量少、純化步驟多、耗時、易受污染）。分析這些特點(diǎn)如何滿足生物樣品前處理和分析的要求。答：微流控芯片分析技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其微型化特性。首先，它只需微量的生物樣品（納升級別），大大降低了樣品消耗，特別適用于珍貴生物樣本（如血液、組織）。其次，樣品處理流程（如稀釋、混合、反應(yīng)、分離、檢測）可在芯片上高度集成，減少了樣品轉(zhuǎn)移步驟，縮短了分析時間，提高了處理效率。此外，微通道設(shè)計易于實(shí)現(xiàn)自動化控制，減少了人為操作誤差和樣品污染的風(fēng)險。最后，易于與其他檢測模塊（如電化學(xué)、光學(xué)、質(zhì)譜）集成，形成完整的“芯片實(shí)驗(yàn)室”（Lab-on-a-Chip），為生物樣品的快速、高通量、便攜式分析提供了可能。五、論述題1.論述表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)在實(shí)際痕量分析應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及可能的解決方案。解析思路：首先明確SERS的優(yōu)勢（信號增強(qiáng)），然后指出其應(yīng)用中的核心挑戰(zhàn)：①選擇性問題（非特異性吸附）；②重現(xiàn)性問題（表面不均勻、活性位點(diǎn)不穩(wěn)定）；③定量分析的困難（增強(qiáng)效應(yīng)與吸附位點(diǎn)的非比例關(guān)系）。針對每個挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決策略或研究方向。答：表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)具有極高的靈敏度，理論上可實(shí)現(xiàn)單分子檢測，因此在痕量分析領(lǐng)域具有巨大潛力。然而，其在實(shí)際應(yīng)用中面臨several主要挑戰(zhàn)：(1)選擇性問題：待測物分子在貴金屬表面（如Au、Ag）的吸附行為往往是非特異性的，可能導(dǎo)致背景信號增強(qiáng)過大，影響檢測選擇性。解決方案包括：利用分子印跡技術(shù)、自組裝單分子層（SAMs）或表面接枝技術(shù)預(yù)先構(gòu)筑具有特定識別位點(diǎn)的界面，以增強(qiáng)目標(biāo)分子的選擇性吸附和富集。(2)重現(xiàn)性問題：SERS活性高度依賴于貴金屬納米結(jié)構(gòu)（尺寸、形狀、間距、粗糙度）的精確控制，而傳統(tǒng)合成方法難以保證批次間的高度一致性，導(dǎo)致不同芯片或不同實(shí)驗(yàn)條件下SERS效應(yīng)的強(qiáng)度和頻移重現(xiàn)性差。解決方案包括：發(fā)展精確可控的納米加工和合成技術(shù)（如納米刻蝕、模板法、可控自組裝），優(yōu)化納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計；采用先進(jìn)的表征手段（如STM、AFM）原位研究活性位點(diǎn)。(3)定量分析的困難：SERS信號強(qiáng)度與分子吸附在納米結(jié)構(gòu)表面的距離、取向以及簇的尺寸/形貌密切相關(guān)，這種增強(qiáng)效應(yīng)并非簡單的線性關(guān)系，使得建立可靠的定量分析模型非常困難。解決方案包括：深入研究SERS增強(qiáng)機(jī)制，建立結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系；采用內(nèi)標(biāo)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法等校正方法；開發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能的校準(zhǔn)方法；利用表面等離激元近場顯微鏡（SPM）等技術(shù)原位定位活性位點(diǎn)，優(yōu)化分子與基底相互作用。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述化學(xué)測量新技術(shù)（如一種你熟悉的新型傳感器或光譜技術(shù)）在解決某個特定科學(xué)或?qū)嶋H問題（如環(huán)境監(jiān)測、疾病診斷）中的價值和應(yīng)用前景。解析思路：選擇一種具體的新技術(shù)（例如，基于量子點(diǎn)免疫傳感器的早期疾病診斷，或基于電化學(xué)傳感器的飲用水中重金屬快速檢測）。闡述該技術(shù)的核心原理和關(guān)鍵優(yōu)勢。結(jié)合一個具體的科學(xué)或?qū)嶋H問題（如早期癌癥標(biāo)志物檢測、水中鉛污染快速篩查），說明該技術(shù)如何提供解決方案（如提高檢測靈敏度、速度、便攜性、降低成本）。展望其未來的應(yīng)用前景（如臨床應(yīng)用、現(xiàn)場監(jiān)測、個性化醫(yī)療、環(huán)境預(yù)警等）。答：以基于納米材料（如碳納米管）修飾的電化學(xué)傳感器為例，論述其在環(huán)境監(jiān)測中快速檢測水體中重金屬離子（如鉛離子Pb2?）的應(yīng)用價值與前景。(1)技術(shù)原理與優(yōu)勢：該傳感器通常將導(dǎo)電性能優(yōu)異的碳納米管（CNTs）通過化學(xué)修飾或物理吸附固定在電極表面，形成一層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。CNTs具有高比表面積、優(yōu)異的電子傳輸能力和可功能化的表面。當(dāng)含有Pb2?的水樣流經(jīng)傳感器時，Pb2?離子能夠與修飾在CNTs表面的特異性識別分子（如巰基化合物、適配體或酶）發(fā)生結(jié)合。這種結(jié)合會改變CNTs所在區(qū)域的電化學(xué)環(huán)境（如電子云密度、表面電勢），導(dǎo)致傳感器電極的電位或電流響應(yīng)發(fā)生可測量的變化。通過選擇合適的識別分子和優(yōu)化電極設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高選擇性地檢測Pb2?。(2)解決環(huán)境監(jiān)測問題：水體中的鉛污染對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的重金屬檢測方法如原子吸收光譜（AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）雖然精度高，但通常需要復(fù)雜的樣品前處理、昂貴的儀器設(shè)備和專業(yè)的操作人員，難以滿足現(xiàn)場、快速、低成本的監(jiān)測需求?；贑NTs的電化學(xué)傳感器則具有顯著優(yōu)勢：高靈敏度，可檢測痕量級別的Pb2?；快速響應(yīng)，檢測時間通常在分鐘級別；便攜性，可制作成便攜式或片狀傳感器，方便現(xiàn)場篩查；成本相對較低，有望降低檢測成本。因此，該技術(shù)為飲用水源