Origin软件在物理化学实验中的应用探讨

[收稿日期]2010 12 27[基金项目]湖北省教育厅教学研究项目(20060246);长江大学教学研究项目(J Y04015)。

[作者简介]肖池池,男,现主要从事应用化学专业的学习。

[通讯作者]张业中,男,硕士,教授,现主要从事基础化学方面的教学与研究工作。

doi:10 3969/j issn 1673 1409 2011 03 032Origin 软件在物理化学实验中的应用探讨肖池池,方 婷,张业中,张 旭 (长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023)[摘要]以物理化学实验中 蔗糖水解反应速率常数的测定 、 溶解热的测定 、 三液系相图的绘制 3个实验为例,应用Or ig in 软件在计算机上对物理化学实验数据进行作图、线性拟合、非线性拟合以及三角坐标的绘制等处理,可减少绘图偏差,使结果更加科学、准确。

[关键词]O rig in;物理化学实验;数据处理;线性拟合;非线性拟合;三角坐标[中图分类号]T P 391[文献标识码]A [文章编号]1673 1409(2011)03 0094 03Or ig in 是美国OriginLab 公司(前身为M icr ocal 公司)开发的具有图形可视化和数据分析功能的软件。

自1991年问世以来,该软件不断升级,功能也愈加强大,加上界面友善,操作简便、快捷,应用范围更加广泛,很快成为国际上公认的快速、灵活、易学、易用的软件[1]。

Origin 软件是具有多个文档界面的应用程序,它将用户的所有工作都保存在Project (后缀为 OPJ)文件中。

该文件包含多个子窗口(Worksheet 、Graph 、Function Graph 、M atrix 、Lay out 、Results Lo g),各窗口是相互联系的,以实现数据的即时更新[2]。

Or ig in 软件具有2大功能:数据分析和图形绘制。

数据分析可方便用户进行数据排序、计算、统计、平滑、拟合、积分、微分等。

图形绘制是基于模板的,用户可以使用软件内置的50多种模板或根据自己需要设计的模板方便地绘制出各种清晰、美观的2D 和3D 图形。

下面,笔者以物理化学实验中 蔗糖水解反应速率常数的测定 、 溶解热的测定 、 三液系相图的绘制 3个实验为例,应用Origin 软件在计算机上对物理化学实验数据进行线性拟合、非线性拟合以及三角坐标的绘制等处理。

1 线性拟合在物理化学实验数据处理中,经常要通过线性回归方程来求取斜率和截距[3]。

现以 蔗糖水解反应速率常数的测定 为例,来说明Origin 对实验数据进行线性拟合的方法。

在25!、蔗糖质量分数为20%、H Cl 浓度为2m ol/L 的条件下,实验测得反应时间t 时的旋光度 t 的值和反应终了时的旋光度 ∀的值。

由ln t - ∀=-kt +ln 0- ∀,以ln t - ∀对时间t 作图,进行线性拟合,可求得速率常数k 。

在Or ig in 中处理过程如下:#启动Origin,将实验测得的t 和 t 的数据输入到Data1中的A [X]列和B [Y]列中。

在空白处单击右键选择Add New Column,得到C [Y]列。

∃选中C [Y]列,单击右键选择Set Co lum n V alues,弹出Set Co lum n Values 对话框,输入ln (co l (B)-(-3 544))(注:-3 544为实验测定的 ∀值),点OK 按钮,得到ln t - ∀的值。

%先选中A [X]列的数据,按住Ctrl 键再选中C [Y]列的数据,选择Plot 菜单下的Scatter 或点击2D 工具条上的Scatter 按钮,得到散点图。

&绘出散点图后,选择Analysis 菜单中的Fit Linear 或T ools 菜单中的Fit Linear 进行线性拟合。

在Results Lo g 窗口中显示了拟合直线的公式、斜率、截距、误差和相关系数等。

拟合结果如图1所示。

从图可得直线的斜率为-0 02297,即蔗糖的反应速率常数k =0 02297m in -1。

∋94∋长江大学学报(自然科学版) 2011年3月第8卷第3期Journal of Yangtze University (Nat Sci Edit) M ar 2011,V ol 8N o 32 非线性拟合在处理物理化学实验数据时,有些情况下不能进行线性拟合,而要根据图像的形状和趋势选择合适的函数和参数进行非线性拟合。

如在 溶解热的测定 的实验中,先测得I 、R 、t 、n H 2O 、n K NO 3的值,其中I 、R 分别为补偿电流和量热计的电阻,t 为加热时间。

则有:Q s =I 2Rt n 0 n 0=n H 2O n KN O 3用Orig in 对实验数据进行非线性拟合及处理的过程如下:#将n 0和Q s 的数据导入到Origin 的Data1中,选Plot 菜单下的Scatter 或2D 工具条上的Scatter 按钮作散点图。

由散点图的趋势,选择函数为y =a -b ln (x +c)进行非线性拟合。

∃选择Analy sis 菜单下的N on linear Curve Fit,再选择其子菜单Adv anced Fitting T ool,弹出NonLinear Curve Fitting Selection Functio n 对话框。

在Categ ories 列表框中选择Lo garithm,在Functions 列表框中选择Log3P1函数。

%点击菜单栏Action 下的Fit,来到Nonlinear Curve Fitting:Fitting Session 对话框,再点击该对话框下100Iter 按钮进行迭代,点击Done 完成拟合。

在Results Lo g 窗口中显示函数的模型,函数的方程式,方程式中各参数的值和误差,以及残差和相关系数R 。

拟合结果如图2所示。

运用拟合的曲线方程,对其进行微分,代入相应的n 0值,可求得该点处的斜率,即得到不同n 0值的微分稀释热。

由点(n 0,Q s )和该点处的斜率可求出唯一的直线方程,进而得到所求的截距,即微分溶解热。

图1 用Origin 进行线性拟合 图2 用Origin 进行非线性拟合3 三角坐标的绘制下面以 三液系相图的绘制 实验为例,利用Orig in 来绘制三角坐标相图,过程如下:#打开Or ig in,将氯仿、醋酸、水的溶解度数据分别输入到Data1窗口的A [X]、B [Y]、C [Z]中。

选中所有数据,点击右键选择Sort Rang 菜单下的Descending 进行降序排列。

接着在data1中数据的后面间隔一行,输入物系点O 1的数据,再间隔一行输入物系点O 2的数据。

如图3中的A [X1]、B [Y1]和C [Z1]列所示。

∃选中所有数据,在Plot 菜单中点击T ernary 或点击2D 工具条上的T ernary 按钮,得到三角坐标的散点图,点击2D 工具条上的Line+Symbol 按钮,即得到溶解度曲线。

%选择屏幕坐标点读取工具(Too ls 工具栏中的Screen Reader 按钮),根据所测得的上层溶液中醋酸含量,在溶解度曲线上找到相应点,记录Data Display 窗口中的数据。

同样的方法可以获得下层溶液的组成。

在找点时可先使用工具栏上的Zoo m In 按钮将图形放大,当找完点后再使用工具栏上的Zoom Out 按钮将图形还原。

&回到Data1窗口,增加3列,分别设置为D [X2]、E [Y2]、F [Z2],输入读取的共轭溶液的∋95∋第8卷第3期肖池池等:O rigin 软件在物理化学实验中的应用探讨组成的数据,如图3中D [X2]、E [Y2]和F [Z2]所示。

回到Graph 窗口,选Gr aph 菜单下的Plot Setup,弹出Plo t Setup:Configure Data Plo ts in Lay er 对话框。

Plot T ype:列表框中选择Linear +Symbol,在Data1列表框中,勾选X 、Y 、Z 下面分别对应Co lum n 的值为D 、E 、F 的小方框,如图4所示。

点击Add 按钮,再点击OK 按钮,完成连接线的绘制。

最终的相图如图5所示。

图3 数据界面 图4绘制连接线参数设定界面图5 用Origin 绘制三液系相图4 结 语Or ig in 软件具有强大的数据处理和图形绘制功能,处理实验数据不需要编程、简便易行,所绘制的图形精致美观,能够准确反映实验数据的变化规律,几乎可以实现所有的物理化学实验数据处理。

对于学生自身而言,由于Origin 软件容易掌握,自然大大提高了学生进行物理化学实验的积极性,有利于培养学生独立分析问题和解决问题的能力,更重要的是还锻炼了学生认真、严谨、求实的实验态度,显著提高了学生的创新意识,综合实践和科研能力,为今后从事科研工作奠定了基础,也更好促进了教与学的互动性。

[参考文献][1]周剑平 Origin 实用教程(7 5版)[M ] 西安:西安交通大学出版社,2007[2]李宝惠,平梅 Origin 7 0在科技绘图、数据处理方面的应用[J] 临沂师范学院学报,2005,27(3):124 128[3]彭斌,肖信,袁中直 用Origin 进行化学实验数据处理[J] 化学教学,2003,(6):32 34[编辑] 洪云飞∋96∋ 长江大学学报(自然科学版)2011年3月81Research and Implem entation of Monitoring System Based on USB InterfaceCHEN Xian min (Zhej iang Industry&T rade Vocational Coll ege,Wenzhou325003)Abstract:T he U SB int er face in actual operar ion situation of the specific circumstances is deeply analy zed,it pr esents the desig n that can be used to develo p a set o f the systems to mo nitor t he U SB por t,and gives its main system module desig n scheme,it can sat isfy the requirement in the practica l operat ion,and pr ompted L A N saferKey words:univ ersal ser ial bus;clien/serv er;mo nitor ing84A Survey of C onsensus Problems in Multi agent SystemsFENG Yua n zhen (N anj ing University o f Science and T echno logy,J i angsu210019;N anj ing Pop ulatio n Coll eg e,N anj ing210042)Abstract:Consensus pr oblems of multi ag ent sy stems are discussed sy stemat ically in this paper Consensus proto cols of M A S o f different or der dy namics ar e summarized in det ail M or eover,relev ant applicatio ns ar e intr oduced and future r e sear ch dir ections a re discussedKey words:M ulti ag ent;consensus;prot ocol94Application of Origin in Physical Chemistry ExperimentXI AO Chi chi,FANG Ting,ZHAN G Ye z hong,ZHAN G Xu (Yangtze Univ ersit y,J ingzhou434023)Abstract:A cco rding t o the ex amples of three t ypical phy sical chemistr y experiments,such as(the measurement o f su cr ose hydro lysis r eact ion rate co nstants),(the determination o f so lutio n heat),(t he draw ing of the ter nar y phase diag r am),ex per iment al data are used to comput er fo r draw ing,linear f itting,no n linear fitting,dr awing t rig onal coor dinat esby Or ig in softw are T he method can diminish the err or of draw ing pro cess,f ina l ex per iment al parameters ar e accurater Key words:Or ig in;physical chemistry ex per iment;dat a pr ocessing;tr ig onal coo rdinates97Various Programmings of C ontrolling the Traffic Lights by Using PLCSONG Xiu ling (J incheng Insti tut e of T echnol ogy,J incheng048000)Abstract:It is impo rtant fo r electr ical contr ol desig ner s t o use PL C instructions for pr og ramming By taking F X2N series of Japan M itsubishi cor po rat ion for ex ample,the author int roduces the application o f6differ ent instr uctio ns for the tr aff ic lig hts co nt ro lling in this art icleKey words:traffic lig hts;P L C;ladder chart;pro gr amming101IEZW Encoding Algorithm Based on Integer Lifting Wavelet TransformGAO Fen,DU Hong,YU Hou quan (Key Lab oratory of Ex p l orat ion T echnol ogies f or Oil and Gas Resoures(Yangtze University),Mi nistry o f Educatio n;Yangtz e Univ ersi ty,J ingzhou434023)WU Peng (Yang tze Univ ersity,J ing zhou434023)Abstract:Based o n the analy sis o f the EZW(Embedded Zero tree W avelet)alg or ithm,an improv ed zero tree wav elet en coding algo rithm is pro po sed fo r impro ving the perfo rmance of lo ssy image co mpression Integ er lifting w avelet t ransfo rm is used to carr y out the decomposit ion o f t he imag e,and t hen t he decom posed image is encoded by t he impro ved EZW al go rithm,in w hich the lo w and high fr equency sub bands ar e encoded separ ately and a differ ent scanning metho d is used in the prima ry table while the int er pola r scanning in the assistant table is cancelled Ex per iment r esults show that t he pro po sed algo rithm impr oves the Peak Sig nal N oise Ratio(P SNR)by mor e than10 4percent and reduces encoding and deco ding time by mo re than33 8percent,co mpar ed to the o riginal EZ W algo rithmKey words:imag e compression;impr ov ed EZW a lg or ithm;integ er lifting w avelet transfor m;P SNR104Noise Experimental Study on the Model1 2 3Flake Reinf orced Friction MaterialJ IA Hong yu (Yangtze Univ ersity,J ingzhou434023;Wuhan University of Science and T echnol ogy,Wuhan430081)WANG Xiao we i (Quj ing Kungang J iahua Cement&buil ding Mat erial s Co ,L td Quj ing655000)Abstract:In o rder to develop de no ise and enviro nmental fr iction brake mater ial,no ise co mpar ativ e ex per iment by g alley pro of test is taken on5different fo rmulations of the mo del1 2 3flake r einfor ced fr ictio n material,then the no ise pro duced by friction blocks is analyzed o n t he SP L and spectrum,and the no ise sig na l is ana lyzed on the pow er spectr um∋∗∋。