Origin在處理“雙液系氣液平衡相圖”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

劉 巋，石 燕

（天水師范學(xué)院，甘肅 天水 741001）

Origin在處理“雙液系氣液平衡相圖”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

劉 巋，石 燕

（天水師范學(xué)院，甘肅 天水 741001）

Origin軟件是一個(gè)多文檔界面的應(yīng)用程序，功能強(qiáng)大，普遍用于數(shù)據(jù)分析和科研繪圖.以該軟件進(jìn)行線性擬合等操作繪制“雙液系氣液平衡相圖”；與傳統(tǒng)坐標(biāo)紙繪制圖形的方法相比，運(yùn)用該軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，簡單、快捷、美觀、科學(xué)精確，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可發(fā)揮很大作用，對提高學(xué)生綜合分析處理數(shù)據(jù)的能力和綜合素質(zhì)有極大幫助.

origin；氣液平衡相圖；數(shù)據(jù)處理

1 引言

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常涉及到對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，步驟包括數(shù)據(jù)記錄整理、分析計(jì)算，圖形顯示表達(dá)等，以此說明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做出結(jié)論.尤其是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)分析過程較為繁雜，如果人工處理這些數(shù)據(jù)，計(jì)算誤差大，個(gè)人主觀性比較強(qiáng)，而且計(jì)算費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，曲線擬合非常粗糙，重現(xiàn)性差.但如果采origin軟件，則不需要編程而其結(jié)果準(zhǔn)確，便于分析數(shù)據(jù)不足，具有快速、靈活、使用簡單等優(yōu)點(diǎn),不僅可以強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，而且可以激發(fā)學(xué)生對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣.

“雙液系氣一液平衡相圖”實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)教學(xué)中一個(gè)非常重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，我們對該實(shí)驗(yàn)采用環(huán)己烷一異內(nèi)醇雙液體系，在數(shù)據(jù)處理上存在很大的缺陷.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法是在坐標(biāo)紙上進(jìn)行，先根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制折光率—組分標(biāo)準(zhǔn)曲線，再根據(jù)混合體系達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)迅速冷凝的液相和氣相溶液的折光率在標(biāo)準(zhǔn)曲線上找到對應(yīng)的組分，由此繪出組分—沸點(diǎn)氣液平衡相圖.由于在描點(diǎn)畫線、選取坐標(biāo)比例時(shí)引入的誤差因人而異，即使對同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果常常也不能相同，誤差很大.同時(shí)，數(shù)據(jù)的處理過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，己不能適應(yīng)信息化時(shí)代的需求.因此，改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法是大勢所趨；隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及，分析條件的不斷改善和軟件功能的不斷增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不僅成為可能，而且更加易于操作；不但可以減少在數(shù)據(jù)處理過程中人為因素產(chǎn)生的各種誤差，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，還可極大地提高實(shí)驗(yàn)效率，對客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有重要意義.本文以O(shè)rigin軟件處理“雙液系氣一液平衡相圖”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例介紹Origin軟件的基本使用方法和功能.

2 Origin軟件繪制雙液系氣液平衡相圖

2.1 擬合組分—折光率標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

用移液管準(zhǔn)確量取環(huán)己烷和異丙醇，分別配制環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.1～0.9的9份溶液，用阿貝折光儀測定每份溶液的折光率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

打開Origin軟件，出現(xiàn)一個(gè)默認(rèn)data1的works heet窗口，其中有缺省為A，B兩列，將環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)(x環(huán)己烷)和折光率(nD25)值輸入到表格的A,B列中.之后選中這兩列，用Analysis菜單下的Fit Linear擬合出一條y＝A＋B x直線，如圖1所示.并計(jì)算出A、B值及A、B的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S(x)(SD)，A、B的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S(A)、S(B)（Error）和相關(guān)系數(shù)γ(R)，顯著性水平(P)出現(xiàn)在Result Log窗口中,如圖2所示.

表1 環(huán)己烷—異丙醇標(biāo)準(zhǔn)組分折光率(nD25)

圖2 直線擬合的 Results Log窗口

R越接近1說明數(shù)據(jù)相關(guān)性好，精確度高.

2.2 繪制組分—沸點(diǎn)氣液平衡相圖

2.2.1 讀取折光率值求得x環(huán)己烷

之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，可以得到不同摩爾分?jǐn)?shù)的環(huán)己烷在其沸點(diǎn)時(shí)迅速冷卻的氣相和液相的折光率數(shù)值，根據(jù)折光率值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出環(huán)己烷的摩爾分?jǐn)?shù).

具體操作方法為:放大標(biāo)準(zhǔn)曲線圖全屏顯示，在工具欄中選擇Screen Reader圖標(biāo)，在曲線上尋找對應(yīng)的點(diǎn)，在Date Display中則讀出對應(yīng)點(diǎn)的X，Y的坐標(biāo)值，可以按下鍵盤上的Space鍵改變┽標(biāo)志的大小，即可快速確定相應(yīng)的環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)，較傳統(tǒng)地在坐標(biāo)紙上找點(diǎn)更為準(zhǔn)確、簡捷.如表2.

表2 環(huán)己烷—異丙醇雙液系沸點(diǎn)及氣液兩相平衡組成

2.2.2 繪制相圖

在Origin中建立新的Work sheet，用Column菜單中Add New Column或快捷方式添加新列，將沸點(diǎn)、液相和氣相的環(huán)己烷含量值分別輸入到A，B，C中，選中這三列，在Plot下拉菜單中選line+symbol或快捷方式繪制出點(diǎn)線圖，之后雙擊圖中曲線，在Plot Details中選擇Line，在Connect中選擇B-Spline可使圖中線條圓滑美觀.并可在Plot Details對話框中還可以對曲線、符號(hào)的顏色、樣式等參數(shù)進(jìn)行修改.或可用多圖層分別繪出液相—沸點(diǎn)圖和氣相—沸點(diǎn)圖.

2.2.3 個(gè)性化坐標(biāo)設(shè)置

雙擊坐標(biāo)軸或坐標(biāo)軸分格，可在Axis對話框(如圖3)中對坐標(biāo)軸的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改：在Scale選項(xiàng)卡中設(shè)置刻度相關(guān)屬性，選擇橫坐標(biāo)X軸Horizontal為(0,1)和初始值First為337.15；在Title&Format選項(xiàng)卡中設(shè)置坐標(biāo)軸標(biāo)題，X,Y軸名稱和上，右坐標(biāo)軸為沒有刻度的軸；在Tick Labels選項(xiàng)卡中選中Set Decimalplaces復(fù)選框，在文本框中設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位數(shù)為2；其他的用默認(rèn)設(shè)置.美化后的氣一液平衡相圖如圖4所示.

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及內(nèi)容的保存

對于上述實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，Origin將其作為一個(gè)工程文件加以保存，包括實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)、所設(shè)置的各種計(jì)算公式及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果和由計(jì)算結(jié)果繪制的圖形以及與圖形相對應(yīng)的參數(shù)等.若以實(shí)驗(yàn)名稱文件保存該文件，以后使用時(shí)只需修改原始數(shù)據(jù)，即可得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相當(dāng)于用BASIC或FORTAN語言對每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理，使用非常方便.

3 結(jié)論

使用Origin軟件處理物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，快速、方便、美觀、準(zhǔn)確的反映實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)報(bào)告更加合理和更具有科學(xué)性；它要求學(xué)生細(xì)致、認(rèn)真的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測定，規(guī)范列表和作圖，以小論文的形式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為今后從事畢業(yè)論文工作或其他科研工作奠定了良好基礎(chǔ).培養(yǎng)了學(xué)生細(xì)致、認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，綜合素質(zhì)和能力得到了很大提高.

〔1〕東北師范大學(xué)等校.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1989.51-59.

〔2〕周劍平.Origin實(shí)用教程[M].西安：西安交大出版社，2007.71-132.

〔3〕易均輝，等.巧用Origin軟件處理物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(8)：56-59.

〔4〕夏春蘭.0rigin軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué)，2001，18(2):44-47..

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