生物医学传感与检测原理- 习题及答案 侯文生 ch07 生物医学中的化学传感与检测.docx

第七章 生物医学中的化学传感与检测 简答题 简述生物化学传感器的组成和基本原理。 答：生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成：以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器）各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。 基本原理是待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。 简述双电层模型。 答：双电层模型描述了电极与溶液相界面 之间电荷层的结构，是电极平衡和电极 过程动力学在电化学过程中的具体表 现,是现代电化学的基础理论之一。 简述电化学传感器测量体系的组成以及在三电极体系中，各个电极的作用和结构。 答：电化学传感器的测量体系主要由电极、电解质溶液和测量电路构成，其中电解质溶液是待测样品。电极是电化学传感器中将生物化学信号转换为电信号的换能器的重要组成部分。 （1）工作电极：工作电极是发生所需反应的场所，同时也是固定识别元件的载体。工作电极是电化学传感器电极体系中最关键的电极。对工作电极的要求如下：①电极不能与待测样品组分发生反应;②电极上的电化学反应不会受到电极自身反应的影响：③能在较宽的电势窗口测最；④电极表面均一平滑，面积不宜过大。常用的工作电极有铂电极、 金电极、 玻碳电极及石墨电极等。 （2）对电极 ：电极又称辅助电极，不参与电化学反应，与工作电极构成串联回路，起到电子传递、为工作电极提供所需电流的作用。通常选用铂作为对电极材料。在实际应用中，为了防止对电极在检测中极化，通常要求对电极的面积要大于工作电极，且自身电阻要小，以降低对电极上的电流密度，同时对电极的形状及位置都有要求。 (3）参比电极：参比电极是一个已知电势的不极化电极，它为测量提供标准电位。参比电校上几乎没有电流流过。参比电极需要可逆性好，具有良好的电势稳定性和重现性。常用的参比电极有Ag-AgC1 电极、标准氢电极及饱和甘汞电极。其中，Ag-AgCI 电极电势稳定、价格低廉，是常用的参比电极。 举例说明电解池和原电池的区别。 答：1. 能量转化方式不同：电解池把电能转化为化学能，而原电池把化学能转化为电能。2. 外接电源需求不同：电解池需要外接电源才能发挥用途，而原电池不需要外接电源就可以正常供电。3. 电子流向不同：原电池的电子流向跟电流的方向呈相反反向，而电解池跟原电池相反。4. 应用领域不同：原电池的应用一般是在蓄电池上面，而电解池一般是应用在电镀、精炼、冶金等工业方面。5. 结构不同：电解池由电解剂、电极、膜、导电物质等组成，而原电池的结构主要由正极材料、负极材料和电解液组成。6. 用途不同：电解池主要用于提供大量的电能，如用于电动汽车、发电机、便携式电子设备等，而原电池则主要用于提供短暂的电能。 举例说明电化学气体传感器的电极组成及各部分的作用。 答：（1）CO2电极； （2）O2电极； 简述离子敏感场效应管的检測原理。 答：它的工作原理是利用离子在溶液中的浓度变化引起的电荷状态的变化来改变场效应晶体管的导电性能。 识别元件是生物化学传感器的重要组成部分，以酶传感器为例，简述识别元件在电极上的固定方法。 答：物理吸附是将酶溶液滴在传感元件表面,通过静置或旋转等方法使酶分子吸附在传感元件表面上。 简述葡萄糖电化学传感器的检測原理。 答：通过酶选择性催化葡萄糖，转化为另一种化合物并释放电子。电子通过电极上的电位变化流动，产生电位差。通过检测电极上的电位变化，可以间接测定葡萄糖的浓度。电化学生物传感器具有高灵敏度、高选择性、反应速度快等优点，被广泛应用于医学、环境监测、食品安全等领域。 结合电化学离子传感器的基本原理，简述电解质分析仪的工作原理。 答：电解质分析仪工作原理是采用离子选择电极测定，电解质分析仪上有六种电极：钠，钾，氯，离子钙，锂和参比电极。每个电极都有一离子选择膜，会与被测样本中相应的离子产生反应。通过离子选择电极膜与样本中相应离子相互渗透，从而在膜的两边产生膜电位，样本中离子浓度不用，产生的电位信号的大小也不同，通过测量电位信号大小就可以测知样本中离子的浓度。 简述直接型和间接型电化学免疫传感器的区别。。 答：直接电化学免疫传感器直接依靠抗体或者其携带的大量电荷在发生免疫结合时产生的电化学变化,从而测得阻抗、离子通透性、电导率等参数的改