Origin2015软件在红外光谱实验教学中的应用

Origin2015软件在红外光谱实验教学中的应用
张光彦;安俊健
【摘要】红外光谱是有机结构分析的重要方法之一。

虽然目前红外检测设备自带的软件具备分析、打印等功能，但不同机构对论文撰写的图形要求不一，往往无法满足要求。

鉴于此，以Origin2015为演示版本，通过实例介绍使用Origin软件绘制红外光谱图，并对谱图进行标峰、叠加对比的方法。

%Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy is one of the important methods for organic structural analysis. Although FT-IR spectrometers have software containing analysis, printing and other functions, the accompanying software can’t fully meet the varying requirements from different publishers or organizations. In this text, the methods for drawing FT-IR spectrum, automatic ifnding and labeling peaks, and stacking selected spectra were introduced using Origin2015 as example.
【期刊名称】《中国现代教育装备》
【年(卷),期】2016(000)017
【总页数】3页(P23-25)
【关键词】Origin2015;数据处理;红外光谱
【作者】张光彦;安俊健
【作者单位】湖北工业大学轻工学部湖北武汉 430068;湖北工业大学轻工学部湖北武汉 430068
【正文语种】中文
红外光谱（FT-IR）是分析有机化合物化学结构的重要手段之一。

虽然目前的红外
光谱分析仪具备数据采集、结构分析、打印等功能，但所生成文件的格式通常需要特定的软件打开。

而在论文撰写过程中，为符合学位论文或发表期刊的格式要求，并便于进一步对红外谱图结果进行分析对比，往往需要对采集的数据进行二次处理。

目前常用的数据处理软件主要包括Origin，Excel以及SigmaPlot等，其中Origin因其强大的绘图和数据分析功能而备受广大化学化工相关专业师生的欢迎［1，2］。

本文以红外光谱数据为实例，采用Origin2015对绘制处理红外实验
数据的具体方法进行介绍，以期通过本文增强学生对Origin2015的实际运用能力。

Origin是美国OriginLab公司开发的科学绘图及数据分析软件，该公司二十多年
来一直专注于科学工程领域的应用软件开发。

如今Origin已在科学工程领域得到
了广泛的应用，在国内外各类学术期刊上也可经常看到Origin的身影，目前该软
件的最新版本为Origin2016版［1］。

Origin的主要功能包括图形绘制、数据拟合、统计分析等。

其可绘制的图形主要
包括基于Worksheet（工作表）的散点/线图、柱/条形图、多层图、双/多坐标轴图、三元图、三维XYZ图等二维和三维图形、基于Matrix（矩阵）的3D表面图等和基于Function（函数）的各类二、三维图形。

数据拟合则支持线性拟合、多
项式拟合等在内的200余种内置拟合函数，此外还支持用户通过自定义函数拟合。

统计分析则包含标准偏差、统计直方图、t检验等。

2.1 数据转换
本文所用样品的红外谱图原始数据采用ThermoFisher Nicolet 6700傅立叶红外
光谱仪测试获得，配套软件版本为Omnic 8.3.103。

Omnic所生成谱图文件的后
缀为“*.spa”。

由于Origin2015无法直接打开该类型的文件，因此需要先将其
另存为Origin可识别的文件“*.csv”（如图1所示）。

2.2 数据导入
打开Origin2015，以工作表为操作对象，通过菜单“File→Import→Comma Delimited （CSV）”调出“CSV”对话框，并选中之前转换好的文件sample-1.csv，即可将红外光谱数据导入到选定的工作表内。

3.1 单个红外谱图的绘制
谱图数据成功导入到Origin后，分别在工作表A（X）列的Long Name和Units 内输入X坐标轴的标题“Wavenumbers”和单位“nm”，在B（Y）列的Comments中输入对应的样品名称“Sample-1”（如图2左侧的工作表所示）。

选中两列数据后，直接绘制线图（Line），即可红外谱图的初图。

然后，依据红外谱图的解析习惯，将横坐标刻度范围设置为“4 000至450”。

最后，再根据需要调整纵坐标透过率（T%）的刻度范围以便观察，即可完成单个红外谱图的绘制。

3.2 谱图自动标峰
谱图绘制完成后，进入菜单“Analysis→Peaks and Baseline→Peak
Analyzer→Open Dialog”。

按照所弹出“Peak Analyzer”对话框提示的步骤依次进行设置。

第1步，设置Goal为Find Peaks。

第2步，在“Baseline Mode”中选择基线
模式（最常用的有Straight Line或Constant等）。

此外，Origin2015还支持用户自定义基线，但需用户自己设置具体的基线参数，该方法尤其适用于非线性的基线。

第3步，在“Baseline Treatment”中设置谱图与基线的比对扣除方式。

第
4步，在“Find Peaks”中设置Peak Finding Settings寻峰参数、Peak Filtering峰值过滤参数以及Labels and Markers标峰参数等。

完成上述设置后，即可得到已标峰的谱图（如图3所示），且所有寻获的峰信息，可通过第4步“Find Peaks”下的“Peaks Info”查看各峰的详细数据。

3.3 谱图叠加
由于红外谱图的纵坐标为透过率，范围在0～100%之间。

因此，当对多个谱图进
行叠加时，会出现交错。

解决谱图叠加交错的常见方法有两种。

一是首先在同一图层内绘制多个谱图，然后通过“Column”菜单下的“Set Column Values”，逐一对图层内各组谱图的Y值进行整体加减，实现对单个谱图曲线的上下平移；或
对Y值乘以适当的系数，实现对单个谱图曲线在Y轴方向上的缩放；从而达到将
多个谱图分层错开的目的。

二是将各谱图分别放置在不同的图层内，然后通过“Graph”菜单下的“Layer Management”调整各图层的参数（如：图层大小、位置、各图层间的排列方式等），解决谱图叠加产生的交错问题。

在上述两种方法中，前者主要是依靠调整数据完成，而后者则主要是依靠图层管理实现。

谱图分层叠加后的效果如图4所示。

3.4 谱图导出
由于不同机构对图形文件的分辨率、格式、空白边、颜色模式等要求不同，我们可通过Origin2015的“File→Export Graphs”菜单控制导出图形的参数。

在“Image Type”中设置导出图片的类型（常用的如：*.tif），在“Margin Control”中设置空白边，在Resolution中设置分辨率，“Image Size”中设置
图形尺寸等，以获取符合机构要求的图形。

近几年，我们通过在课堂和实践教学中引入各类软件，尤其是在实验环节中引入Origin等软件对实验数据进行分析处理后，不仅大大激发了学生的学习兴趣，还
为学生大四毕业论文环节打下了良好的基础。

此外，更有学生通过Origin软件在
红外光谱实验教学中的应用，扩展到Origin在高分子化学粘度法测定高聚物分子
量和化工原理精馏塔理论塔板数计算中的应用。

这批学生由于经历过实际应用，无论对软件还是对相应教学环节知识的理解都较早前未引入Origin教学的学生更为
透彻。

因此，这批学生在进入大四毕业论文环节后，约70%能透过软件独立完成
基础的分析，同时在论文撰写和谱图对比分析方面的质量水平也都得到了明显提高。

本文通过Origin2015，简要介绍了如何使用Origin完成对红外谱图数据处理绘图的基本方法，通过合理的设定参数，即可简易便捷地获取美观的图形和详细分析结果。

【相关文献】
［1］何凤云，杨凤珠，陈静.Origin在紫外光谱实验中的应用［J］.中国现代教育装备，2010，95（7）：49-51
［2］张红医，田立楠，石志红.Origin软件在计算氢离子平衡浓度方面的应用［J］.化学教育，2015，36（10）：65-69.
［3］ OriginLab.［EB/OL］.http：//.。