Excel在地質化學分析中的幾處應用

賈宏巖（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊測試研究所，遼寧 沈陽 110032）

Excel在地質化學分析中的幾處應用

賈宏巖
（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊測試研究所，遼寧 沈陽 110032）

【摘 要】應用Excel處理化學實驗數據可使原本復雜的數據處理過程變得簡單、快捷，同時還可避免因手工繪圖而引入的誤差，提高實驗結果的準確度和精度。本文通過介紹幾個典型的數據處理過程來說明如何利用Excel快速處理實驗數據。

【關鍵詞】Excel；數據處理；數值修約；質量控制；標準曲線

Excel是一個廣為普及的電子表格軟件，具有強大的數據處理和統計分析能力[1]，地質化學實驗測試中Excel比較常見的用途有原始數據的錄入、數值的修約、質量控制和標準曲線的繪制及應用等。

1　原始數據的錄入問題

作為常見的辦公數據處理軟件，Excel方便數據錄入，但易出錯，可應用Excel自帶功能省去很多瑣碎的數據核查工作，同時能最大限度地降低所錄入數據的錯誤率。例如：灰巖中氧化鈣的合理含量介于0～56.08%之間，通過數據設置可以輕松把此區間以外的錄入數據及時糾正過來。具體方法：在打開的Excel工作表中，選擇需要設置的區域，再單擊“數據(D)”功能區中的“有效性(L)”按鈕，在彈出的“數據有效性”對話框中的“設置”選項卡下進行如下設置(見圖1)。

圖1　數據有效性設置

點擊“確定”即可。如有非設定區間以外的數據錄入，則會彈出如下對話框來提示操作者(見圖2)。

圖2　輸入錯誤提示

另一種方法是通過設置“格式(O)”的“條件格式(D)”，條件為真時顯示待用格式(單元格底色的變化)來發現數據的錄入錯誤。

實際工作中還會遇到把區間以內的數據錄入錯誤的情況，簡單實用的方法有兩種，都是錄入兩次原始數據，一種是直接把兩次數據做差看結果是否為零；另一種方法是用IF語句，判斷分別存放兩個原始數據的單元格內的數值是否相同。如A1和B1兩單元格內分別為兩次錄入的同一數據，那么可以在C1單元格內編輯的公式：=IF(A1=B1,“”，“請檢查”)。這樣當A1和B1兩單元格內數據相同時單元格C1內就空白(無顯示)；不同時就顯示“請檢查”。

2　數值修約問題

在直接引用和實驗數據計算環節得到的數值往往會多于報告所需要的有效位數，而Excel通過設置“小數位數”并沒有對數據進行有效數字的位數處理，只是在顯示的時候按照保留的小數位數進行顯示，在計算過程中仍然按照單元格內實際存放的數值參與計算，這就涉及到了數據的修約。針對諸多的數據都采用人工判斷、手工改動，不但速度慢，而且也非常容易出錯。例如：數值存放在單元格A1中，需要在單元格B1中得到保留小數點后兩位有效數字的數值，如果要求數值應用簡單“四舍五入原則”，Excel的ROUND函數可以按指定的位數對數值進行四舍五入，只需單元格B1內編輯公式：=ROUND (A1,2)，即可完成；即便這樣也還是不能滿足實驗室的數據修約要求，因為被廣泛使用的數值修約還有“四舍六入五留雙規則”，條件同前，不妨在單元格B1內編輯以下任一公式：

公式一：

=IF(MOD(INT(A2*1000),5)=0,IF(MOD(INT (A2*100),2)=0,INT(A2*100)/100,ROUND(A2,2), ROUND(A2,2))

公式二：

=IF(MOD(INT(A2*1000),10)=5,ROUND(A2/ 2,2)*2,ROUND(A2,2))

……

以上兩個公式都能夠完成預期修約效果，其實可以編輯的公式還有很多，不再贅述。

3　質量控制問題

隨著國家對地質礦產實驗室質量管理的重視，DZ/T 0130-2006《地質礦產實驗室測試質量管理規范》的廣泛推行，對實驗質量的要求也越來越高。重點實驗室的儀器配有專門的質控軟件，但在級別較低的實驗室還需要用其他軟件輔助，其實Excel完全能夠完成這份工作。例如：在精密度控制指標中，巖石礦物試樣化學成分重復分析相對偏差允許限的數學模型(不包括貴金屬礦物)為Yc=C×(14.37X-0.1263-7.659)[2]，表格制作如下(見圖3，表1)：

圖3　質量控制檢查表圖例

表1　單元格內編輯公式

4　標準曲線的繪制及應用問題

分光光度法檢測是實驗室常用的檢測方法之一，其數據處理一般采用工作曲線法。傳統坐標紙手工繪制標準系列的工作曲線，然后在曲線上由被測組分吸光值查對應濃度值，曲線繪制和查的過程存在數值估讀，影響了數據的準確性，費時且誤差大。應用Excel對分光光度法進行數據檢測，制作工作曲線圖和進行吸光度與濃度之間的換算。在使用過程中發現，只要在單元格中插入函數或輸入公式時，合理地使用單元格相對引用和單元格絕對引用，Excel可以將分光光度法數據處理分析中的所有數據計算出來，并且計算方法簡單、快速、準確[3]。示例如下：

將一組使用contrAA700連續光源火焰石墨爐原子吸收光譜儀測得Pb吸光度值與濃度值的數據進行處理，步驟見表2。

表2　繪制標準曲線數據

圖4　由Excel完成的標準曲線

這樣得到的曲線方程y=20.812x2+29.951x +0.0179。把方程系數20.812、29.951和0.0179分別存放到不同單元格，絕對引用調取使用，即應用方程系數用直接代入法把已測得的未知樣的吸光度值換算得出濃度值，進而根據稱樣質量、定容體積、稀釋倍數等相關量計算得到百分含量值。這里為了避開高次方程求解過程，繪制的是吸光度(橫坐標)—濃度(縱坐標)的工作曲線，所以顯示的公式就不僅僅局限于直線方程，更何況因直接應用理想化的直線工作曲線，而忽略因為單色光純度不夠、被測組分濃度較大等原因所導致濃度與測定的吸光度不呈線性關系，為此建議不輕易使用直線方程。特進行以下相關參數比對(見表3)。

表3　相關參數比對

原子吸收自帶軟件“非線性”條件下使用一次有理擬合函數y=(a+bx)/(1+cx)。通過數組以上比對關系，表中數據顯示：兩個回歸方程的相關系數R2都＞0.995，說明每個方程兩個變量間有很好的相關性；同時根據同一吸光值得到的濃度值相對誤差＜0.012%，這是通過人工繪制曲線法根本無法達到的。在儀器比對實驗中，由可見分光光度計獲得數據使用本法計算與直接用原子吸收測定同一樣品鐵含量，其結果基本相同，甚至完全一致，由此說明該方法的可靠性。

利用Excel軟件使繪制標準曲線和處理數據這項繁瑣的工作變得極其簡單方便，便于保存。再次使用時，只需復制本模板文檔，更改相關參數，即可馬上獲得準確的測定結果。與傳統計算統計方法相比，可減少人工繪制曲線的工作量和人為誤差。此法具良好的準確性、很好的實用性，適于推廣使用。

5　問題與討論

(1)為了防止在錄入數據時因操作不當改動了單元格的設置而造成結果出錯，可以應用Excel提供的保護功能把包含計算公式的單元格保護起來，從而進一步提高工作的準確性和可靠性。

(2)本法用于可見分光光度計標準曲線的繪制，得到的濃度值其準確性已得到驗證；但經實踐發現本法處理火焰分光光度計測定K2O和Na2O時，數據會隨待測樣品含量的增加誤差逐漸增大，其結果偏低，故不能使用本方法。

(3)用文中所述方法繪制標準曲線后計算時還應注意到，所測樣品的吸光值是否超出標準曲線的最大吸光值，可應用Excel函數進行識別和控制。

【參考文獻】

[1]王中華,陳聯梅,康泰然.Excel在分光光度法回歸分析中的應用[J].西華師范大學學報(自然科學版),2003,24(3):360-362.

[2]全國國土資源標準化技術委員會地質礦產實驗測試分析技術委員會.DZ/T0130-2006地質礦產實驗室測試質量管理規范[S].北京:中國標準出版社,2006.

[3]仵春祺,孫楓,徐宏坤,等.Excel在分光光度法測定鐵含量數據處理中的應用[J].分析儀器,2011(5):75-78.

【收稿日期】2015-02-02

【中圖分類號】P624.5

【文獻標識碼】A

【文章編號】1007-9386(2015)06-0058-03