Origin软件在大学化学实验数据分析中的应用

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资源作者:赵艳
资源来源:云南农业大学
资源内容概述:Origin软件具有强大的数据分析和绘图功能,能快捷有效地分析实验数据。本文以实例对Origin软件在实验数据处理中的相图绘制和线性拟合方法进行了探讨。

Origin软件在大学化学实验数据分析中的应用主要包含的内容:

Origin 软件具有强大的数据分析和绘图功能,能快捷有效地分析实验数据。本文以实例对Origin 软件在实验数据处理中的相图绘制和线性拟合方法进行了探讨。Origin 软件作图具有方便、快捷和准确度高的特点,能够有效消除传统手工绘图中的误差,得到的结果规范,绘制出的图形清晰美观,并能在大学化学实验教学中激发学生的学习兴趣。

Origin 软件是由美国Origin Lab 公司开发,用来进行数据分析和科技作图的软件,该软件的功能强大,且在使用过程中易操作,可以选择多样的图形样式和绘图模板进行图形绘制,还能够应用于复杂数据的分析和统计,各种图形的处理及函数拟合等数学分析领域,被认为是最快捷的科技绘图分析软件。

在大学化学实验教学过程中,通常有大批量的实验数据需要处理,包括记录和整理数据,对数据进行分析和计算,然后通过数据表格和图形来展示实验结果,说明实验现象并做出总结和分析。大学化学实验是配合各门课堂理论教学设置的实验环节,运用课堂学习基本理论知识,通过实验课程的锻炼,使学生进一步加深和巩固基本理论知识,观察实验过程中的现象,并分析遇到的各种问题,提高学生动手能力及分析数据、归纳和整理实验结果的能力。而传统实验教学中,学生在分析和处理实验数据仍采用坐标纸进行手工作图,不但让学生费时费力,且实验结果的误差较大,重现性差。与传统的手工处理实验数据的方法相比,Origin 作图效率高、误差小且操作简便。本文结合实验数据的实例,介绍运用Origin 软件在大学化学实验数据处理中相图的制作和曲线线性拟合方法。

1、Origin 的功能和使用方法

Origin 的功能主要有两个方面,一方面是图表绘制,另一方面是数据分析。通常在使用Origin 进行绘图时,绘图是基于Origin 提供的二维和三维模板完成的。利用Origin 进行数据分析时,需要用到数据的排序,数据的计算和统计,函数拟合等多种数学分析功能。通过Origin 软件能够方便地导入其他应用程序生成或记录的实验数据,该导入方式简便快捷,并利用内置的绘图模板对数据进行可视化的作图,同时还能够利用内置的插值和拟合函数等工具进行数学运算和数据分析处理。

1.1、Origin 软件绘图

日常使用Origin 进行绘图的过程中,通常分为四个步骤:数据的输入、绘制图形、图形的编辑及图形的输出和利用。

1.1.1、数据的输入

当启动Origin 时,默认打开的窗口为一个工作表窗口,该窗口以A( X) 代表自变量,以B( Y) 代表因变量。数据可以在工作窗口中进行直接输入,也可以点击File - Import,从外部的文件将数据导入工作表。当有多组数据需要直接输入时,点击Column - Add New Column 来增加工作表中的列数。

1.1.2、绘制图形

Origin 软件在绘制图形的工作中,可以绘制出散点图、向量图、区域图等多种图形。在大学化学实验数据处理中经常会使用到折线图和点线图。开始绘图工作时,首先选定工作表窗口中需要作图的数据范围,点击Plot,学生可以根据需要选择合适的绘图模板,比如在实际工作中需要绘制甲醛的吸收曲线,可以选择Plot - Line,如要绘制葡萄糖溶液的标准曲线,可以选择Plot - Scatter,散点图完成后,点击Analysis - Fitting- Fit Linear 打开Linear Fit 对话框,设置好相关参数后,单击ok 可以做线性拟合。

1.1.3、编辑图形

利用Origin 软件绘制的图形,可能还存在一些不足,如横纵坐标无说明,坐标轴线条太细,坐标字号偏小,图形没有标题等,这就需要继续对图形的格式进行修饰和编辑。如需要对坐标轴进行编辑,可以在图形中双击坐标轴,选择Scale,对选中的坐标轴可以进行坐标轴的起止和坐标增量的修改。如需对坐标轴的说明文本进行编辑,可以通过双击坐标说明的文本框,进行直接修改。

1.1.4、图形的输出

Origin 绘制好的图形,可以通过Edit - Copy Page,将绘制好的整个页面拷贝到Windows 系统的剪贴板中,即可在Word中进行粘贴,这种方式的图形输出简单,图形和图表以“图画”的形式输出。还可以点击File - Export Page - Save as,给存储的页面进行命名,存储类型为* .EPS。

2、Origin 软件在大学化学实验数据中的实例分析

2.1、相图的绘制

在大学化学实验课程中,需要通过三角坐标体系来探讨三组分体系的相图,现以水- 乙醇- 苯为列介绍三组分体系的相图绘制方法。首先,将实验后记录下的数据输入到数据窗口,分别设置水、乙醇和苯的三列坐标分别为X、Y 和Z,然后将三列数据选中,可以通过点击工具栏菜单中的Plot - Specialized- Ternary,来绘制三角坐标体系下的三组分散点图,同时选择Plot Details 窗口中的Layer,在绘图类型Plot Type 选项中设置类型为Line + Symbol,并且通过Line 标签的Connect 选项设置Spline 的方式进行曲线平滑,点击ok 完成绘图( 图1) 。

Origin软件在大学化学实验数据分析中的应用

图1 水-乙醇-苯三组分相图

2.2、曲线的线性拟合

线性拟合分析方法在数据分析中是最简单同时也是一种重要的分析方法。线性拟合的主要目标是寻找数据集中点和数据增长的大致方向,以便来排除某些误差数值并对未知数据值做出预测。通常在Origin 使用时,首先建立数据表,设置自变量为X,因变量为Y,线性回归方程为Y = A + BX,其中参数A为截距,B 为斜率,A 和B 由最小二乘法求算,并把曲线拟合为直线。利用电导滴定法以HCl 滴定NaOH 测定电导率实验为列,介绍简单线性拟合方法。下表为HCl 滴定NaOH 的κ - V数据( 表1) ,CHCl = 0.0951 mol /L。

表1 κ -V 数据

Origin软件在大学化学实验数据分析中的应用

首先,将表1 中的数据导入到数据窗口,分别设置VHCl和κ 的两列坐标分别为X 和Y,然后将两列数据选中,单击Plot- Symbol - Scatter 生成散点图,再通过Analysis - Fitting - FitLinear 打开Linear Fit 对话框,设置好相关参数后,单击ok 可以生成线性拟合曲线( 图2) 。

Origin软件在大学化学实验数据分析中的应用

图2 κ -V 数据拟合曲线图

对曲线进行分段拟合,首先对1 至12 点进行线性拟合,线性拟合结果为Y = 2.52697 - 0.05278X,R = 0.99954; 然后对17 ~20 点作线性拟合,线性拟合结果为Y = - 2.34379 + 0.13793X,R = 0.99987,得两拟合直线相交。由R 值的结果可以看出,曲线的拟合效果较好。把拟合得到的直线方程组成方程组,求得两拟合直线的交点即为滴定终点,V = 25.5 mL,κ = 1.17 μS·cm- 1。

3、结语

利用Origin 软件进行作图,可以快捷和准确地完成大学化学实验中常见类型的数据处理,可以对数据进行线性拟合,并在线性拟合过程中对可疑数据点进行掩蔽,数据点可以同时在一张图上绘制,以多条曲线的方式展示,且绘制出的图形细致且美观。在大学化学实验数据处理和分析过程中,Origin 软件是易学的,且具有使用简便和无需编程的特点,同时可以提高学生的作图能力,以及归纳分析实验结果的能力,使实验的教学效果有大幅度提升。

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