數(shù)據(jù)處理軟件Origin在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

1、數(shù)據(jù)處理軟件Origin在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用許勁毅 指導(dǎo)老師：沈雪松桂林醫(yī)學(xué)院摘要：應(yīng)用軟件Origin在計(jì)算機(jī)上對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(作相圖,線性擬合，非線性擬合等)，能提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和規(guī)范性,并能及時(shí)了解和判斷學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性和精密度。關(guān)鍵字：Origin 線性擬合 直線回歸 相圖物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的數(shù)據(jù)處理有：公式計(jì)算；相圖繪制；線性擬合；非線性擬合；求斜率或截距。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要對數(shù)據(jù)進(jìn)行定量處理,用手工繪圖.例如；在二組分體系相圖的繪制中，必須先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的手工繪制,再在標(biāo)準(zhǔn)曲線上進(jìn)行量取這樣手工的數(shù)據(jù)處理誤差大,效率低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處

2、理也應(yīng)計(jì)算機(jī)化。一個專門的數(shù)據(jù)處理軟件Origin7.0，可對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理有很大幫助，能提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，可提高數(shù)據(jù)處理的效率.在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，可很快知道其實(shí)驗(yàn)是否成功,而且大大減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的誤差。1. Origin軟件的介紹1.1數(shù)據(jù)作圖Origin可繪制散點(diǎn)圖，點(diǎn)線圖,柱行圖，條形三角圖以及雙Y軸圖形等，在物化實(shí)驗(yàn)中通常用散點(diǎn)圖，點(diǎn)線圖及雙Y軸圖形。1.2線性擬合 當(dāng)用散點(diǎn)圖或用點(diǎn)線圖作出曲線后，用菜單欄中的Analysis中的Fit linear或Tools菜單中的Liner Fit可對曲線進(jìn)行線性擬合.結(jié)果記錄中顯示曲線的公式,斜率,截距和相對誤差等。 在處

3、理數(shù)據(jù)時(shí)，可對散點(diǎn)圖或點(diǎn)線圖的形狀選擇合適的函數(shù)進(jìn)行擬合。2. 應(yīng)用介紹2.1 相圖繪制2.1.1二元組分T-X相圖的繪制2.1.1.1 苯乙醇二組分T-X相圖的繪制2.1.1.1.1作二元組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線下表苯-乙醇溶液折光率測定數(shù)據(jù).苯的摩爾分?jǐn)?shù)折光率10%1.373420%1.387550%1.429070%1.457090%1.48502.1.1.1.2線性擬合.將數(shù)據(jù)輸入Origin 數(shù)據(jù)表中，作苯組分-折光率的散點(diǎn)圖，再進(jìn)行選擇Analysis菜單中的Fit linea，對該數(shù)點(diǎn)圖進(jìn)行線性擬合.得到曲線類的為y=B+Ax, B= -9.75602，A= 7.17622 R(相關(guān)系數(shù))

4、=1， SD(標(biāo)準(zhǔn)偏差)=9.95047E-4，P(R2=0的概率)<0.0001表明擬合效果最佳,擬合函數(shù)式為y=7.17622x-9.75602。(下圖)2.1.1.1.3 對數(shù)據(jù)換算并作圖上表是苯乙醇溶液沸點(diǎn)組成測定的原始數(shù)據(jù)并點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇SetColumnValues將折光率的平均值求出沸點(diǎn)oC液相冷凝液分析氣相冷凝液分析折光率折光率測量值平均測量值平均78.011.47601.476711.47601.476721.477021.477231.477231.477070.511.45621.457011.45621.457021.457021.457031.457731.4

5、57767.811.44901.449011.44901.449021.449021.449031.449131.449166.811.44371.443611.44371.443621.443521.443531.443731.443767.011.43911.438811.43911.438821.438021.438031.439231.439276.811.37311.372811.37311.372821.372521.372531.372831.372874.011.39701.396611.39701.396621.396221.396231.396531.396570.511.

6、42531.424911.42531.424921.425021.425031.424531.4245選中表中折光率一列，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇SetColumnValues在文本框中輸入標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合函數(shù)式,點(diǎn)擊OK，即刷新折光率一列換算成為苯組分的數(shù)據(jù)，同理將另一列折光率換算為苯組分的數(shù)據(jù)。然后，點(diǎn)擊工作表左上角空白處選中整個工作表，再點(diǎn)擊Worksheet Date工具條的sort按鈕.以兩相中的組分為首要列對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。如下表:沸點(diǎn)oC77.176.87470.56766.867.870.57878.9苯%氣相09.54926.62946.93856.91360.35764.23269.9

7、7384.11100液相008.18622.53841.26862.65481.02590.71394.229100排序完畢，點(diǎn)擊symbot+line 作點(diǎn)線圖，如下圖2.1.1.2 硝酸水二組分T-X相圖的繪制依上法計(jì)算得出,硝酸水二組分的組成表t/oCx(HNO3)液y(HNO3)氣1000.000.001050.0550.0051100.000.011150.190.091200.270.171210.330.271220.380.381210.41500.541200.450.70117.50.4850.8001150.520.9112.50.560.931100.600.96105

8、0.670.971000.750.98930.8250.9985.51.001.00接入數(shù)據(jù)后于Qrinigm數(shù)據(jù)表中，然后作溫度組分的點(diǎn)線圖。2.1.1.3 乙酸丙酮?dú)庖浩胶釺-X相圖的繪制下表列出氣液平衡實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)溫度（oC）xByB118.1001100.050.1103.80.10.30693.190.20.55785.80.30.72579.70.40.8474.60.50.91270.20.60.94766.10.70.96962.60.80.98459.20.90.99356.111將數(shù)據(jù)輸入Oringin的數(shù)據(jù)表中，選擇2D graph Extended工具條的double Y

9、 Axis按鈕作雙Y軸圖，如圖2.1.1.4 水-硫酸胺體系的固液T-X相圖下表列出水-硫酸胺體系的固液相圖實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)(NH4)2SO4/%(w/w)溫度/oC0016.7-5.5528.6-1137.5-1838.4-19.14104210432043.83044.84045.85046.86047.87048.88049.89050.810051.8108.9將數(shù)據(jù)輸入Oringin的數(shù)據(jù)表中選擇2D graph工具條的symbolline作點(diǎn)線圖，如圖2.1.2 苯乙醇水三組分相圖的繪制下表列出三組分實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)編號12345678體積（ml）苯0.090.1911.52.533.54水3

10、.52.52.511.360.760.450.180.11乙醇1.52.5543.52.51.51將數(shù)據(jù)輸入Oringin的數(shù)表中，用Set Column功能將體積換算為質(zhì)量選擇2D graph工具條的Ternary作三角點(diǎn)線圖。如圖用Origin求三角圖百分率的功能可將圖中各點(diǎn)的百分率求出，再分別在數(shù)據(jù)的起始和末尾加上組分為苯100和水為100的兩點(diǎn)，如下表：水173.48253.87634.21723.30513.2878.8934.0542.4910乙醇024.85742.52553.854.10148.29638.99526.66317.8760苯01.6613.59911.98322

11、.59438.41752.11269.28479.6321用此數(shù)據(jù)刷新原圖則可完成作圖，見下圖2.2 動力學(xué) 恒溫法對藥物儲存期預(yù)測以下是一組硫酸羅通定注射液儲存期預(yù)測實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)60oC70oC80oC88oCt/hAbst/hAbst/hAbst/hAbs00.08800.08800.08800.088240.13150.113.70.1251.20.128480.152100.1237.40.1512.40.158720.176170.14811.10.2013.60.173960.206240.17714.80.24760.2381200.241340.21325.90.3717.20.

12、2471440.268410.25329.60.3948.40.2991680.298580.306370.4899.60.3151920.344650.34010.80.3492160.374120.3752400.412880.493將吸收度對加熱時(shí)間作散點(diǎn)圖，并作線性擬合，如下圖線性擬合的結(jié)果60 oC，70 oC，80 oC，88 oC的相關(guān)系數(shù)R分別為0.99691，0.99813，0.99874，0.99708表明擬合效果較佳。溫度（oC）k600.00136700.00382800.01088880.02335將lnk對1000/T作直線回歸圖。分別右擊溫度和k列頂部，在快捷菜單

13、中選擇Set Column Values，在文本框中輸入計(jì)算公式，點(diǎn)擊OK，即刷新t列的值。選擇lnk與1000/T作圖，再作線性擬合，得斜率為-12.25154，R=-0.9999，如下圖則可求得避光降解的活化能Ea為101.86kJ/mol。2.2.2 求四環(huán)素在血液中的半衰期t/h481216c/(mg/100ml)0.480.310.240.15以lnc對t作直線回歸得圖，如下得斜率為-0.09363，截距為-0.371。由此可求知k0.0936h-1，半衰期t1/2=7.4h，lnc0=-0.371，初濃度c0=0.69mg/100ml得式子2.3 電化學(xué) HCl滴定NaOH電導(dǎo)率滴

14、定下表為HCl滴定NaOH的V的數(shù)據(jù)：CHCl=0.0914mol/LVHCl（ml）(S·cm-1)VHCl（ml）(S·cm-1)VHCl（ml）(S·cm-1)2.002.3316.001.5825.501.154.002.2218.001.4826.001.156.002.1120.001.3826.501.208.002.0022.001.2827.001.2710.001.8924.001.1829.001.5612.001.7824.501.1731.001.8314.001.6825.001.15將數(shù)據(jù)輸入Origin中作圖得（如下圖）用1至12點(diǎn)

15、和17至20點(diǎn)分別作線性擬合，得兩擬合直線相交。線性擬合結(jié)果為Y= 2.41717 0.05176X，R-0.9996和Y= -2.52148 + 0.14049 X，R=0.99986。由R值可以看出擬合效果較好。解兩直線方程組成的方程組得求得兩直線的交點(diǎn)即為滴定終點(diǎn)，V25.7ml，=1.09S·cm-1。2.3.2 BaCl2滴定Na2SO4電導(dǎo)率滴定下表為BaCl2滴定Na2SO4的V的數(shù)據(jù)：CBaCl2=0.0914mol/LVBaCl2（ml）(S·cm-1)VBaCl2（ml）(S·cm-1)VBaCl2（ml）(S·cm-1)2.001.

16、1916.001.1726.001.234.001.1918.001.1626.501.246.001.1820.001.1627.001.268.001.1822.001.1629.001.3410.001.1824.001.1631.001.4212.001.1725.001.1933.001.5014.001.1725.501.20將數(shù)據(jù)輸入Origin中作圖得（如下圖）如上法，得擬合結(jié)果為Y= 0.18 +0.04X，R=1和Y = 1.19327-0.00164 X，R= -0.96909。由R值可以看出擬合效果較好。解得V33.0ml，=1.50S·cm-1。2.4 溶液

17、表面張力的測定下表為最大泡壓法測定表面張力的數(shù)據(jù)室溫25oC 大氣壓742.3mmHgC(mol·L-1)0.0000.0200.0600.1000.1400.1800.220pmax0.4630.4210.3690.3290.2980.2740.254×10602.504.706.156.616.676.76將數(shù)據(jù)輸入Origin中作圖得（如下圖）由C值較大的若干個點(diǎn)作直線外推，于縱軸相交即為。在上圖中取最后三個點(diǎn)作散點(diǎn)圖，選擇Analysis菜單中的Fit Linear，對該散點(diǎn)圖進(jìn)行線性擬合。線性擬合的結(jié)果為Y = 6.3425E6 + 1.875E6 X，R0.99

18、34。由R值可以看出擬合效果較好。擬合直線截距的值即，為6.3425×106。2.5 熱力學(xué)下表為苯甲酸燃燒熱的數(shù)據(jù)m0.5513g m后絲0.0066g時(shí)間（sec）溫度（oC）時(shí)間（sec）溫度（oC）6017.03748017.98612017.0451017.99918017.045401824017.04257018.01330017.04360018.01633017.17866018.0236017.64672018.02239017.84778018.02342017.92784018.02245017.96590018.021將數(shù)據(jù)輸入Origin作出曲線，如下圖用

19、1至5點(diǎn)和16至20點(diǎn)分別作線性擬合，線性擬合結(jié)果為Y=18.019+3.33333×10-6X和Y=17.036+2.5×10-5X，兩直線與直線X=355相交得兩交點(diǎn)分別為T2=18.02oC和T1=17.04oC，可算得 T=0.9oC，由公式mQVW卡-QVmNi有W卡1333.54.討論4.1.隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已是必然的趨勢。針對化學(xué)專業(yè)有關(guān)信息技術(shù)課程的滯后、不足和脫節(jié)，為克服手工處理數(shù)據(jù)時(shí)運(yùn)算量大、隨意性大等弊端，引入了科學(xué)作圖和分析軟件Origin。4.2.靈活運(yùn)用Origin軟件，可使學(xué)生在物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中更符合規(guī)范，并提高效率

20、和準(zhǔn)確性，而且可以很快地比較實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)并分析其原因。只要方法設(shè)計(jì)得好，便可處理各種數(shù)據(jù)，使用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)代替繁瑣誤差大的手工處理。4.3.現(xiàn)有教材都附有計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的程序（BASIC），但不夠直觀，大多數(shù)學(xué)生理解困難，實(shí)際使用效果也不理想。Matlab也是數(shù)據(jù)處理軟件之一，而且還是一個很好的開發(fā)環(huán)境。其可以與儀器端口連接，能實(shí)時(shí)地獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄和處理，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的誤差，和防止學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的修改。參考文獻(xiàn) 1. 郝紅偉，施光凱.Origin 6.0實(shí)例教程.北京:中國電力出版社,2000 2. 候新樸，詹先成.物理化學(xué)，第五版.人民衛(wèi)生出版社，2003Applications of The Scientific Graphing and Analysis software name of Origin in