传感器习题答案

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
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
（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
（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，
2. 简答题
（1）简述SnO2半导体陶瓷气体传感器与Fe2O3系气敏传感器响应机 理的异同点。 相同点：都属于电阻式传感器 不同点： SnO2半导体陶瓷气体传感器中电阻的变化是由于还原性
气体与吸附氧的作用而引起； Fe2O3系气敏传感器中电阻的变化
是由于还原性气体使得铁离子的化合价发生变化而引起。
（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 ）。
（3）简述酶传感器和无酶传感器各自的优缺点。 酶传感器的优点：催化高效性，专一性；缺点：使用寿命短 ，受温度影响较大。 无酶传感器的优点：稳定性好，使用寿命长；缺点：选择性 差
第五章习题
1. 填空题 （1）根据所固定生物活性成分不同，生物传感器可分为酶传 感器、免疫传感器、基因传感器、组织传感器和微生物传感 器五类。
（2）电化学传感器中的三电极系统通常由工作电极、对电极
（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由哪几部分组成？各自的功能是 什么？
提供反应场所
第Βιβλιοθήκη Baidu章习题
（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。
第三章习题
1. 填空题
（1）敏感元件通常由基体材料、成膜材料和敏感功能材料组成。
（2）敏感元件通常有三种敏感模式，分别是分子识别、离子识别 和生物识别。 （3）制备LB膜，通常有三种方法，分别是垂直拉提法、水平附
着法和亚相降低法。
（4）两亲性分子可用于制备LB膜（亲水性/疏水性/两亲性）。 （5）根据光器件的不同，化学修饰光器件可分为化学修饰玻璃和 化学修饰光纤两类。 （6）光器件的常用化学修饰方法为溶胶凝胶法。
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（ √ ）。
（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。
（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。
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。
（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。
∵ E原电池 = E正极 – E负极
∴ E原电池 = EZn2+/Zn – ESCE ∵ EZn2+/Zn = EӨZn2+/Zn + (RT/nF)lncZn2+ = EӨZn2+/Zn + (0.059/2)lgcZn2+ ∴ E原电池 = EӨZn2+/Zn + (0.059/2)lgcZn2+ – ESCE -1.03 = -0.763 + 0.0295lgcZn2+ – 0.24 ∴ lgcZn2+ = -0.915 cZn2+ = 10-0.915 = 0.12 (mol/L)
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
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。
（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。
（5）法拉第定律是电流型化学与生物传感器的定量依据，其
数学表达式为 Q = nzF 。
（6）在导体中，承担导电任务的是其结构中的自由电荷，在 半导体中，承担导电任务的是其结构中的空穴和电子。 （7）光化学和生物传感器中，光电器件的主要任务是进行光 电转换或将光信号转变成电信号。 （8）根据折射率在横截面上的分布形状划分，光纤可分为阶 跃型和渐变型两种；根据光纤中传输模式的多少，可分为单 模光纤和多模光纤两种。
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。
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。
（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。
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。