傳感器習(xí)題答案課件

1、第一章習(xí)題填空題（1）傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。（2）傳感器中敏感元件的主要任務(wù)是感受或響應(yīng)被測量。（3）傳感器中轉(zhuǎn)換元件的主要任務(wù)是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。（4）根據(jù)工作機理不同，傳感器可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。（5）傳感器檢測的準(zhǔn)確度一般用誤差來衡量。（6）傳感器檢測的精確度一般用偏差來衡量。2. 判斷題（1）鼻子不是傳感器（ X ）。（2）傳感器的響應(yīng)時間越短越好（ ）。（3）傳感器的恢復(fù)時間越長越好（ X ）。（4）傳感器的使用壽命越長越好（ ）。（5）傳感器的靈敏度越高越好（ ）。（6）傳感器的檢出限越低越好（ ）。（7

2、）傳感器的線性范圍越寬越好（ ）。3. 簡答題（1）簡述物理、化學(xué)、生物傳感器的不同點。 物理傳感器是利用物理反應(yīng)或物理效應(yīng)，把待測量轉(zhuǎn)換成便于處理的信號的裝置；化學(xué)傳感器是利用化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)效應(yīng)，把待測量轉(zhuǎn)換成便于處理的信號的裝置；生物傳感器是以生物活性物質(zhì)（酶、抗原抗體、生物組織、微生物等）為敏感元件的一類特殊的傳感器。（2）簡述分子識別的概念、實質(zhì)和實現(xiàn)途徑。 概念：指分子間特異性結(jié)合的相互作用 實質(zhì)：分子間精密的交換信息，彼此相互認(rèn)識的過程 實現(xiàn)途徑：靜電作用、親疏水作用、化學(xué)鍵作用、分子間作用力、酶催化底物、 抗原與抗體的特異性結(jié)合等（3）試畫出傳感器的響應(yīng)機理示意圖。第二章習(xí)題填空

3、題（1）傳感器中換能器的主要任務(wù)是：將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。（2）根據(jù)檢測信號不同，電化學(xué)換能器可分為電勢型、電流型和電阻型三種。（3）電化學(xué)池有兩種，分別是原電池和電解池，從能量轉(zhuǎn)換角度來講，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電解池是將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能；從電極反應(yīng)的自發(fā)性來講，原電池中的反應(yīng)是自發(fā)的，電解池中的反應(yīng)是非自發(fā)的。（4）能斯特方程是電勢型化學(xué)與生物傳感器的定量依據(jù)，其數(shù)學(xué)表達式為（5）法拉第定律是電流型化學(xué)與生物傳感器的定量依據(jù)，其數(shù)學(xué)表達式為 Q = nzF 。（6）在導(dǎo)體中，承擔(dān)導(dǎo)電任務(wù)的是其結(jié)構(gòu)中的自由電荷，在半導(dǎo)體中，承擔(dān)導(dǎo)電任務(wù)的是其結(jié)構(gòu)

4、中的空穴和電子。（7）光化學(xué)和生物傳感器中，光電器件的主要任務(wù)是進行光電轉(zhuǎn)換或?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)變成電信號。（8）根據(jù)折射率在橫截面上的分布形狀劃分，光纖可分為階躍型和漸變型兩種；根據(jù)光纖中傳輸模式的多少，可分為單模光纖和多模光纖兩種。（9）朗伯-比爾定律是光吸收型化學(xué)與生物傳感器的定量分析依據(jù)，其數(shù)學(xué)表達式為： A=CL 。（10）根據(jù)激發(fā)能量來源不同，分子發(fā)光可分為光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光三種。（2）簡述參比電極的特點。 電位不受試液組成變化的影響，具有恒定的數(shù)值（3）P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體各有什么特點？P-N結(jié)是如何形成的？ P型半導(dǎo)體的特點是：其空穴濃度遠大于自由電子濃度； N型半導(dǎo)體的特

5、點是：其自由電子濃度遠大于空穴濃度；當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體這兩個區(qū)域共處一體時，這兩個區(qū)域之間的交界層就是p-n結(jié)。在p型區(qū)中空穴的濃度大，在n型區(qū)中電子的濃度大，所以把它們結(jié)合在一起時，在它們交界的地方便要發(fā)生電子和空穴的擴散運動。由于p區(qū)有大量可以移動的空穴，n區(qū)幾乎沒有空穴，空穴就要由p區(qū)向n區(qū)擴散。同樣n區(qū)有大量的自由電子，p 區(qū)幾乎沒有電子，所以電子就要由n區(qū)向p區(qū)擴散。隨著擴散的進行，p區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)電的粒子區(qū)；n區(qū)電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)。結(jié)果在pn結(jié)的邊界附近形成了一個空間電荷區(qū)，p型區(qū)一邊帶負(fù)電荷的離子，n型區(qū)一邊帶正電荷的離子，因而在結(jié)中形成了很強的

6、局部電場，方向由n區(qū)指向p 區(qū)。 （4）什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？ 正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)； 逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失 （5）簡述石英晶振的原理及主要應(yīng)用。 原理：如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時 晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振 動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率 等于晶體諧振器的固有頻率時，振幅就會

7、明顯增大，這種現(xiàn)象叫 壓電諧振。 應(yīng)用：用于制備質(zhì)量傳感器。4. 計算題： 有一原電池，負(fù)極為飽和甘汞電極，正極為一支浸入鋅離子溶液的鋅棒，在298 K的溫度下，測得該原電池的電池電動勢為-1.06V。求鋅離子的濃度。已知EZn2+/Zn= -0.763 V, ESCE=0.2438 V E原電池 = E正極 E負(fù)極 E原電池 = EZn2+/Zn ESCE EZn2+/Zn = EZn2+/Zn + (RT/nF)lncZn2+= EZn2+/Zn + (0.059/2)lgcZn2+ E原電池 = EZn2+/Zn + (0.059/2)lgcZn2+ ESCE -1.03 = -0.76

8、3 + 0.0295lgcZn2+ 0.24 lgcZn2+ = -0.915 cZn2+ = 10-0.915 = 0.12 (mol/L) 第三章習(xí)題填空題（1）敏感元件通常由基體材料、成膜材料和敏感功能材料組成。（2）敏感元件通常有三種敏感模式，分別是分子識別、離子識別和生物識別。（3）制備LB膜，通常有三種方法，分別是垂直拉提法、水平附著法和亞相降低法。（4）兩親性分子可用于制備LB膜（親水性/疏水性/兩親性）。（5）根據(jù)光器件的不同，化學(xué)修飾光器件可分為化學(xué)修飾玻璃和化學(xué)修飾光纖兩類。（6）光器件的常用化學(xué)修飾方法為溶膠凝膠法。（7）丁達爾現(xiàn)象可用于區(qū)分膠體和溶液。2. 名詞解釋 化

9、學(xué)修飾電極，溶膠，凝膠 化學(xué)修飾電極：在導(dǎo)體或半導(dǎo)體制作的電極表面進行分子設(shè)計，將具有優(yōu)良性能的分子、離子、聚合物以化學(xué)薄膜的形式固定在電極表面，使電極具有某種特定的化學(xué)、電化學(xué)以及光學(xué)性質(zhì)。 溶膠：是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之間。 凝膠：是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在13之間。（3）簡述吸附法、共價鍵合法、包埋法、交聯(lián)法、微膠囊法、夾心法各自的優(yōu)點和缺點。 吸附法，優(yōu)點：方法簡單，操作條件溫和，對生物分子活性影響小，生物分子不易發(fā)生變性；缺點：表面結(jié)合力

10、弱，穩(wěn)定性差，易脫附，重現(xiàn)性差，靈敏度低。 共價鍵合法，優(yōu)點：結(jié)合牢靠，穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，使用壽命長；缺點：反應(yīng)步驟多，操作復(fù)雜，可能降低生物分子的活性。 包埋法，優(yōu)點：實驗條件溫和，穩(wěn)定性好，對生物組分活性影響??；缺點：分子量大的底物擴散困難。 交聯(lián)法，優(yōu)點：操作簡單，結(jié)合牢靠，穩(wěn)定性好；缺點：會降低生物分子的活性。 微膠囊法，優(yōu)點：條件溫和，可以有效保持生物分子的活性；缺點：生物分子的擴散受到一定的限制 夾心法：優(yōu)點：操作簡單，固定量大，響應(yīng)速度快，重現(xiàn)性好，不需要任何化學(xué)處理；缺點：生物材料的用量較大。（4）制備化學(xué)修飾電極之前，為什么要對基底電極進行表面處理？ 兩個原因： 電極表面具

11、有一定的表面能，這造成其晶體的棱面原子上具有未飽和的價態(tài)，且表面能分布不均勻，易造成電極污染； 電極表面都能被化學(xué)的或者電化學(xué)的方法氧化，易形成惰化層。這兩個原因都會造成電極重現(xiàn)性差。2. 簡答題（1）簡述SnO2半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器與Fe2O3系氣敏傳感器響應(yīng)機理的異同點。 相同點：都屬于電阻式傳感器 不同點： SnO2半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器中電阻的變化是由于還原性氣體與吸附氧的作用而引起； Fe2O3系氣敏傳感器中電阻的變化是由于還原性氣體使得鐵離子的化合價發(fā)生變化而引起。（2）簡述半導(dǎo)體型氣體傳感器三種結(jié)構(gòu)類型各自的優(yōu)缺點。 燒結(jié)型，優(yōu)點：操作簡單；缺點：重現(xiàn)性差，機械強度不好。 薄膜型，

12、優(yōu)點：元件一致性好，機械強度好；缺點：設(shè)備要求高。 厚膜型，優(yōu)點：制作方法簡單；元件一致性好，機械強度好。第四章習(xí)題填空題（1）根據(jù)檢測對象不同，場效應(yīng)晶體管電化學(xué)傳感器可分為離子敏感場效應(yīng)晶體管和氣體敏感場效應(yīng)晶體管兩類。（2）雙極型晶體管由多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電，單極型晶體管由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電。（3）電流型化學(xué)傳感器可分為三類，分別為電解型、燃料電池型和伏安型。第四章習(xí)題2. 簡答題（1）電流型氣體傳感器一般由哪幾部分組成？各自的功能是什么？提供反應(yīng)場所第四章習(xí)題（2）對于H2O2電流型傳感器，為什么要用修飾電極來代替裸電極？ 因為裸電極用于過氧化氫檢測時，電勢過高，靈敏

13、度低，選擇性差。（3）簡述酶傳感器和無酶傳感器各自的優(yōu)缺點。 酶傳感器的優(yōu)點：催化高效性，專一性；缺點：使用壽命短，受溫度影響較大。 無酶傳感器的優(yōu)點：穩(wěn)定性好，使用壽命長；缺點：選擇性差第五章習(xí)題填空題（1）根據(jù)所固定生物活性成分不同，生物傳感器可分為酶傳感器、免疫傳感器、基因傳感器、組織傳感器和微生物傳感器五類。（2）電化學(xué)傳感器中的三電極系統(tǒng)通常由工作電極、對電極和參比電極構(gòu)成。（3）影響電極反應(yīng)的兩個最主要因素為物質(zhì)傳遞速率和電子轉(zhuǎn)移速率。（4）電流型化學(xué)或生物傳感器中，用于定性分析的是峰電位，用于定量分析的是峰電流。2. 判斷題（1）電流型化學(xué)或生物傳感器檢測的電流信號為電解電流，而

14、不是充電電流。（ ）（2）隨著時間延長，充電電流幾乎不發(fā)生變化。（ X ）（3）當(dāng)電子轉(zhuǎn)移速率遠遠大于傳質(zhì)速率時，電極反應(yīng)為不可逆過程。（ X ）（4）當(dāng)電子轉(zhuǎn)移速率遠遠小于傳質(zhì)速率時，電極反應(yīng)為不可逆過程。（ ）3. 名詞解釋電解電流：待測物質(zhì)在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)進而得失電子產(chǎn)生的電流充電電流：由于界面雙電層的存在，在電勢發(fā)生變化時發(fā)生充放電現(xiàn)象而產(chǎn)生的電流第五章習(xí)題填空題（1）根據(jù)所檢測中間產(chǎn)物的不同，酶電極傳感器可分為經(jīng)典酶電極、媒介體酶電極和直接酶電極三類。（2）影響電子轉(zhuǎn)移促進劑效果的因素有結(jié)構(gòu)、所帶電荷、和形成氫鍵的能力。（3）電活性物質(zhì)在電極上的反應(yīng)速率顯著依賴于電子隧道距離

15、。（4）經(jīng)化學(xué)修飾的酶，構(gòu)象發(fā)生改變，形成電子轉(zhuǎn)移中繼體, 便可縮短電子隧道距離，從而實現(xiàn)酶的直接電化學(xué)。2. 判斷題（1）促進劑在所研究的電位窗內(nèi)沒有電活性。（ ）（2）媒介體在所研究的電位窗內(nèi)有電活性。（ X ）3. 名詞解釋 電子媒介體：在所研究的電位窗內(nèi)有電活性，在酶的氧化還原活性中心與電極之間傳遞電子。 電子轉(zhuǎn)移促進劑：在所研究的電位窗內(nèi)無電活性，可以使少數(shù)酶與電極之間的直接電子轉(zhuǎn)移成為可能。4. 簡答題（1）簡述制備酶電極所需克服的主要問題。（4）簡述電子轉(zhuǎn)移促進劑和電子媒介體的不同點。 電子媒介體在所研究的電位窗內(nèi)有電活性；電子轉(zhuǎn)移促進劑在所研究的電位窗內(nèi)無電活性。（5）簡述電子

16、轉(zhuǎn)移促進劑的作用機理。 電子轉(zhuǎn)移促進劑通過與酶的靜電作用和通過形成氫鍵將電極表面與酶的氧化還原中心連接起來，從而使直接電子交換成為可能。（6）試畫出三代電化學(xué)酶傳感器的電子轉(zhuǎn)移機理示意圖。第五章習(xí)題填空題（1）下列食物中，魚籽的膽固醇含量最高（雞肉/羊肉/魚肉/魚籽）。（2）秋季，菊黃蟹肥，是吃螃蟹的好時節(jié)，下列食物中，黃酒可以跟螃蟹一起食用（柿子/茶水/黃酒/啤酒）。（3）人體內(nèi)尿酸含量過高，易引起痛風(fēng)疾病。2. 判斷題（1）“好膽固醇”是指低密度膽固醇。（ X ）（2） “壞膽固醇”是指高密度膽固醇。（ X ）（3）尿酸是核酸中嘧啶分解代謝的終產(chǎn)物。（ X ）習(xí) 題填空題（1）血氣是指血液

17、中的O2和CO2。（2）機體中，氧氣有游離態(tài)和結(jié)合態(tài)兩種存在形態(tài)。2. 判斷題（1）氧氣與血紅蛋白的結(jié)合是不可逆的。（ X ）3.名詞解釋血氧分壓：物理溶解在血液中的氧氣所產(chǎn)生的壓力血氧飽和度：氧合血紅蛋白的量與總血紅蛋白量的比值習(xí) 題4. 簡答題（1） 伽伐尼電池法測定總氧量時，需要載氣，其組成為1% CO, 2% H2, 97% N2，試簡述載氣中各成分的作用。 CO的作用是將O2從HbO2中奪取出來，使結(jié)合態(tài)氧變?yōu)橛坞x態(tài)氧； H2的作用是作為燃料電池型化學(xué)傳感器中的燃料； N2的作用是作為載氣，并排除外界O2的干擾。習(xí) 題填空題（1）人體體液的正常pH值為：7.357.45。（2）下列食

18、物中屬于堿（酸）性食物的是。（葡萄、橘子、小白菜，牛奶，糖，大米，面粉，肉，醋，牛奶等）。（3）下列飲料中，最適合運動后飲用的飲料是。（可樂，雪碧，芬達，牛奶，茶水，白開水等）（4）機體中，二氧化碳有游離態(tài)、HCO3-和血紅蛋白結(jié)合態(tài)三種存在形態(tài)。習(xí) 題2.名詞解釋酸性食物：經(jīng)過消化后最終形成氮、碳、硫、氯等酸根留在體內(nèi)的食物 堿性食物：經(jīng)過消化后最終形成鈣、鎂、鉀、鈉等鹽留在體內(nèi)的食物 二氧化碳分壓：物理溶解在血液中的二氧化碳所產(chǎn)生的壓力習(xí) 題3. 簡答題（1） 試根據(jù)碳酸的電離情況，推導(dǎo)人體體液的pH值計算公式，當(dāng)體液中HCO3-=?，H2CO3=?，CO32-=?時，計算體液pH值。 習(xí) 題填空題（1）第一種能夠治療人類疾病的抗生素是青霉素。（青霉素、紅霉素、氯霉素、黃霉素）（2）人類利用無機物合成的第一種有機物是尿素。2. 計算題 用氟離子選擇性電極測定一杯茶中的氟離子濃度。將電極浸入一25 mL茶和25 mL的離子強度調(diào)節(jié)緩沖劑，電極給出的讀數(shù)為98 mV, 在混合物中加入2.0 mL 氟離子濃度為1.0 10-4 M的氟化物溶液，電極讀數(shù)變?yōu)?3 mV。試計算茶中氟離子的濃度。習(xí) 題填空題（1）雌二醇是婦女體內(nèi)