传感器习题答案

功能材料的载体，成膜材料用于固定敏感功能材料，敏感功能 材料是传感器的核心组成，能直接感受被测对象的非电量信息 部分 （2）生物敏感元件的固定技术需要满足哪些条件？
固定化后的生物敏感组分仍能保持良好的生物活性，生物膜
与基体材料应紧密接触，且能适应多种测试环境，固化层要有 良好的稳定性和耐用性，减少生物膜中生物组分的相互作用， 以保持其原有的高度选择性。
（3）电流型化学传感器可分为三类，分别为电解型、燃料电
池型和伏安型。
第四章习题
2. 简答题
（1）电流型气体传感器一般题
（2）对于H2O2电流型传感器，为什么要用修饰电极来代替裸
电极？
因为裸电极用于过氧化氢检测时，电势过高，灵敏度低，选
择性差。
（7）丁达尔现象可用于区分胶体和溶液。
2. 名词解释
化学修饰电极，溶胶，凝胶
化学修饰电极：在导体或半导体制作的电极表面进行分子设计，将具 有优良性能的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面， 使电极具有某种特定的化学、电化学以及光学性质。
溶胶：是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，
（9）朗伯-比尔定律是光吸收型化学与生物传感器的定量分析
依据，其数学表达式为： A=εCL 。 （10）根据激发能量来源不同，分子发光可分为光致发光、化 学发光和生物发光三种。
2. 判断题
（1）光的波长越短，频率越大，能量越高（ X ）。
（2）荧光比磷光持续时间长（ X ）。 （3）夜明珠发光现象属于荧光现象（ X ）。
太阳能电池中的光电极：属于物理变化的光电效应 化学与生物传感器中的光电极：与生物化学反应相关的光电效应
（8）简述光纤的结构组成及各部分的功能。
涂覆层：保护光纤不受水汽腐蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性， 延长光纤寿命。 包层：使光的传输性能相对稳定。
纤芯：光波的主要传输通道。
4. 计算题：
有一原电池，负极为饱和甘汞电极，正极为一支浸入锌离子溶液 的锌棒，在298 K的温度下，测得该原电池的电池电动势为1.06V。求锌离子的浓度。已知EӨZn2+/Zn= -0.763 V, ESCE=0.2438 V
（2）电化学传感器中的三电极系统通常由工作电极、对电极
概念：指分子间特异性结合的相互作用 实质：分子间精密的交换信息，彼此相互认识的过程 实现途径：静电作用、亲疏水作用、化学键作用、分子间作用力、酶催化底物、 抗原与抗体的特异性结合等
（3）试画出传感器的响应机理示意图。
第二章习题
1. 填空题
（1）传感器中换能器的主要任务是：将敏感元件感受或响应 的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 （2）根据检测信号不同，电化学换能器可分为电势型、电流 型和电阻型三种。
2. 判断题
（1）鼻子不是传感器（ X ）。 （2）传感器的响应时间越短越好（ √ ）。 （3）传感器的恢复时间越长越好（ X ）。 （4）传感器的使用寿命越长越好（ √ ）。 （5）传感器的灵敏度越高越好（ √ ）。 （6）传感器的检出限越低越好（ √ ）。
（7）传感器的线性范围越宽越好（ √ ）。
（6）光电效应可分为哪几类？基于不同光电效应所制备的常
用光电元件各有哪些？
分为三类，分别为：外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。 基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
（7）简述太阳能中的光电极与化学和生物传感器中的光电极 之间的异同点。
（3）简述吸附法、共价键合法、包埋法、交联法、微胶囊法、夹心 法各自的优点和缺点。 吸附法，优点：方法简单，操作条件温和，对生物分子活性影响 小，生物分子不易发生变性；缺点：表面结合力弱，稳定性差， 易脱附，重现性差，灵敏度低。 共价键合法，优点：结合牢靠，稳定性好，重现性好，使用寿命 长；缺点：反应步骤多，操作复杂，可能降低生物分子的活性。 包埋法，优点：实验条件温和，稳定性好，对生物组分活性影响 小；缺点：分子量大的底物扩散困难。 交联法，优点：操作简单，结合牢靠，稳定性好；缺点：会降低 生物分子的活性。 微胶囊法，优点：条件温和，可以有效保持生物分子的活性；缺 点：生物分子的扩散受到一定的限制 夹心法：优点：操作简单，固定量大，响应速度快，重现性好， 不需要任何化学处理；缺点：生物材料的用量较大。
（3）电化学池有两种，分别是原电池和电解池，从能量转换
角度来讲，原电池是将化学能转变成电能，电解池是将电能 转变成化学能；从电极反应的自发性来讲，原电池中的反应
是自发的，电解池中的反应是非自发的。
（4）能斯特方程是电势型化学与生物传感器的定量依据，其 数学表达式为
E E a RT ln Ox nF aR
内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷， 当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态；
逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质会发生变
形，电场去掉后，电介质的变形随之消失
（5）简述石英晶振的原理及主要应用。
原理：如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时 晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振 动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率 等于晶体谐振器的固有频率时，振幅就会明显增大，这种现象叫 压电谐振。 应用：用于制备质量传感器。
（2）简述半导体型气体传感器三种结构类型各自的优缺点。
烧结型，优点：操作简单；缺点：重现性差，机械强度不好。 薄膜型，优点：元件一致性好，机械强度好；缺点：设备要求高。
厚膜型，优点：制作方法简单；元件一致性好，机械强度好。
第四章习题
1. 填空题 （1）根据检测对象不同，场效应晶体管电化学传感器可分为 离子敏感场效应晶体管和气体敏感场效应晶体管两类。 （2）双极型晶体管由多数载流子和反极性的少数载流子参与 导电，单极型晶体管由多数载流子参与导电。
（4）萤火虫发光属于生物发光（ √ ）。
（5）光电极是基于外光电效应而制得的光电元件（ X ）。
3. 简答题 （1）简述液接电势的概念及产生条件和原因。 概念：在两种不同离子的溶液或离子相同而活度不同的溶液接触界面上 所存在的微小的电势差，简称溶接电位
产生条件：相互接触的两液间存在浓度梯度
产生原因：各种离子具有不同的迁移速率或扩散速度，因此溶接电位也 可称为扩散电位。
（4）制备化学修饰电极之前，为什么要对基底电极进行表面处理？
两个原因：① 电极表面具有一定的表面能，这造成其晶体的棱面原 子上具有未饱和的价态，且表面能分布不均匀，易造成电极污染； ② 电极表面都能被化学的或者电化学的方法氧化，易形成惰化层。 这两个原因都会造成电极重现性差。
第四章习题
1. 填空题 （1）根据所检测电信号的不同，电化学传感器可分为电势型 、电流型和电阻型三类。 （2）燃气泄漏报警器属于电阻式化学传感器。（电量式、电 势式、电流式、电阻式） （3）Fe2O3各种晶型中，γ 型Fe2O3具有气敏特性。（α/β/γ/δ） （4）半导体气体传感器，按其结构不同，可分为烧结型、薄 膜型和厚膜型三类。 （5）N型半导体一般用于制备还原性气体传感器，P型半导体 一般用于制备氧化性气体传感器。（氧化性/还原性） （6）pH/F-/Ca2+/CO2/电极属于玻璃膜/晶体膜/多孔膜/透气膜电 极。
3. 简答题 （1）简述物理、化学、生物传感器的不同点。
物理传感器是利用物理反应或物理效应，把待测量转换成便于处理的信号的装
置；化学传感器是利用化学反应或化学效应，把待测量转换成便于处理的信号 的装置；生物传感器是以生物活性物质（酶、抗原抗体、生物组织、微生物等） 为敏感元件的一类特殊的传感器。
（2）简述分子识别的概念、实质和实现途径。
（2）简述参比电极的特点。
电位不受试液组成变化的影响，具有恒定的数值
（3）P型半导体和N型半导体各有什么特点？P-N结是如何形 成的？
P型半导体的特点是：其空穴浓度远大于自由电子浓度； N型半导体的
特点是：其自由电子浓度远大于空穴浓度；当p型半导体和n型半导体这 两个区域共处一体时，这两个区域之间的交界层就是p-n结。在p型区中 空穴的浓度大，在n型区中电子的浓度大，所以把它们结合在一起时， 在它们交界的地方便要发生电子和空穴的扩散运动。由于p区有大量可 以移动的空穴，n区几乎没有空穴，空穴就要由p区向n区扩散。同样n区 有大量的自由电子，p 区几乎没有电子，所以电子就要由n区向p区扩散。
分散的粒子大小在1～100nm之间。 凝胶：是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨
架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1
％～3％之间。
3. 简答题
（1）通常情况下，敏感元件由哪几部分组成？各部分的功能是什 么？
由基体材料、成膜材料和敏感功能材料组成，基体材料是敏感
第一章习题
1. 填空题
（1）传感器通常由敏感元件和转换元件组成。
（2）传感器中敏感元件的主要任务是感受或响应被测量。
（3）传感器中转换元件的主要任务是将敏感元件感受或响应
的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 （4）根据工作机理不同，传感器可分为物理传感器、化学传 感器和生物传感器。 （5）传感器检测的准确度一般用误差来衡量。 （6）传感器检测的精确度一般用偏差来衡量。
随着扩散的进行，p区空穴减少，出现了一层带负电的粒子区；n区电子
减少，出现了一层带正电的粒子区。结果在p－n结的边界附近形成了一 个空间电荷区，p型区一边带负电荷的离子，n型区一边带正电荷的离子，
因而在结中形成了很强的局部电场，方向由n区指向p 区。
（4）什么是正压电效应？什么是逆压电效应？
正压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其
第三章习题
1. 填空题