双液系气-液平衡相图的Origin绘制方法

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资源作者:胡玮
资源来源:湖北大学化学化工学院
资源内容概述:基于物理化学的实验教学体会,本文将介绍用Origin绘制双液系气-液平衡相图的方法,并针对学生习惯用Excel的特点,着重与Excel的绘图功能进行对比,以强化培养学生的数值分析与绘图的

双液系气-液平衡相图的Origin绘制方法主要包含的内容:

Origin是一款功能强大的专业数据分析与科技绘图软件。运用Origin软件对“双液系气-液平衡相图”的数据进行处理并绘图,可克服传统手工绘图费时费力的缺点,结果科学精确且方便快捷;与Excel软件所绘得的相图进行对比发现,Origin绘得的相图更为科学合理。物理化学实验教学中引入Origin软件的介绍,可提高学生使用计算机综合处理数据的能力,也为其日后的本科论文及科学研究工作奠定了基础。

“双液系气-液平衡相图的绘制”实验是物理化学实验教学中一个非常重要的验证性实验,它是物理化学理论课二元体系气-液平衡相图知识必不可缺的实践环节。该实验以具有最低恒沸点特征的环己烷-异丙醇二元互溶双液系为研究对象,用阿贝折光仪分别测定达气-液平衡时的沸点、气相及液相折光率,再由工作曲线(组成-折光率关系曲线)寻找对应的气-液相组成后,在平面坐标系中绘制而成沸点-组成图。

随着现代实验技术的发展,物理化学的数据处理过程已经从坐标纸、铅笔、橡皮擦和曲线板的传统绘图模式中解放出来,全方位地被计算机数据处理所取代,一些数据处理软件,如Microsoft Excel和Origin等广泛地应用到实验数据处理过程中,提高了数据处理效率和准确性。由于Microsoft Excel具有中文操作界面,学生们在前期学习过程中已经有所接触,较易采纳与接受,因为其在数据处理过程中使用较为频繁;而Origin软件为英文界面,且学生们在前期课程中几乎未有接触,学生普遍感觉比较陌生。虽然两类软件均能完成物理化学实验数据处理,但教学过程中发现两者各有长短:相对而言,Excel的制表格功能强大,因此数据表格与中间计算过程的数据表达可全部在Excel表格中完成,但其数据分析与绘图功能较为薄弱,尤其是涉及三元液系相图的绘制及非线性曲线拟合时,Excel便显得鞭长莫及;Origin是专业的数值分析与绘图软件,具有强大的线性回归、曲线拟合及绘图功能,只要加以灵活应用,它在物理化学实验数据处理过程中的优势便凸显出来。我们已经成功将Origin绘制三角坐标系的功能引入“三元液系相图的绘制”实验得到了学生的认可与广泛应用,也使他们对Origin软件在数值分析与绘图方面的应用产生了浓厚的兴趣。基于物理化学的实验教学体会,本文将介绍用Origin绘制双液系气-液平衡相图的方法,并针对学生习惯用Excel的特点,着重与Excel的绘图功能进行对比,以强化培养学生的数值分析与绘图的能力。

一、Origin软件相关功能介绍

Origin 是OriginLab公司开发的基于Windows平台下的专业数据分析和工程绘图软件,其特点是使用简单,采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作,全面支持鼠标右键、支持拖拉方式绘图等。

它具有数据分析和绘图两大功能。数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后,进行数据分析时,只需选择所要分析的数据,然后再选择相应的菜单命令就可。Origin具有基于模板的绘图功能,它本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板即可。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板;可以和各种数据库软件、办公软件(如Microsoft Excel)、图像处理软件等方便地连接;可以用C等高级语言编写数据分析程序,还可以用内置的Lab Talk 语言编程等。

在“双液系气-液平衡相图的绘制”实验中,需要绘制双纵坐标图,即包含两个“y”轴的平面直角坐标系图。以Origin 8.0为例,在打开的操作界面下部便有绘制双纵坐标图的快捷方式(图1中圆圈所示)。若在操作界面中未见这一快捷方式,可以将“View”菜单下“Toolbars”中“2Dgraphs”前的选项勾选后便可以看到。MicrosoftExcel却没有这一绘图功能。

Origin操作界面及绘制双纵坐标图的快捷方式

图1 Origin操作界面及绘制双纵坐标图的快捷方式

物化实验中通常绘制的是散点图或点线图,其基本步骤为:输入或导入数据→数据计算→选择需要的数据范围作图→调整横纵坐标格式、添加物理量单位等。

小结

在“双液系相图的绘制”实验中,利用Origin软件能够准确、快速、方便地处理实验数据,相对于Excel软件,其绘制所得的相图更科学也更美观。由于物理化学实验在大学二、三年级开设,学生此时已具备一定的计算机基础,通过教师的指导和示范操作,均能较快掌握Origin的实验数据处理方法。将Origin数据处理方法应用到物理化学的实验数据处理及教学活动中,不仅可培养学生严谨、实事求是、一丝不苟的工作态度,也为他们日后进行科研工作及科技论文的书写打下了良好基础同时对提高学生的综合处理问题的能力和综合素质有很大的作用。

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