Origin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)

Origin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)

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。

Origin；物理化学实验；数据处理；线性拟合；非线性拟合；三角坐标

Origin是美国OriginLab公司(前身为Microcal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、Matrix、Layout、Results Log)，各窗口是相互联系的，以实现数据的即时更新[2]。Origin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%、HCl浓度为2mol/L的条件下，实验测得反应时间t时的旋光度αt的值和反应终了时的旋光度α∞的值。由ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)，以ln(αt-α∞)对时间t作图，进行线性拟合，可求得速率常数k。

在Origin中处理过程如下：①启动Origin，将实验测得的t和αt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。②选中C[Y]列，单击右键选择Set Column Values，弹出Set Column Values对话框，输入ln(col(B)-(-3.544))(注：-3.544为实验测定的α∞值)，点OK按钮，得到ln(αt-α∞)的值。③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。④绘出散点图后，选择Analysis菜单中的Fit Linear或Tools菜单中的Fit Linear进行线性拟合。

在Results Log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=0.02297min-1。

2 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、nH2O、nKNO3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：

用Origin对实验数据进行非线性拟合及处理的过程如下：①将n0和Qs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-bln(x+c)进行非线性拟合。②选择Analysis菜单下的Non-linear Curve Fit，再选择其子菜单Advanced Fitting Tool，弹出NonLinear Curve Fitting Selection Function对话框。在Categories列表框中选择Logarithm，在Functions列表框中选择Log3P1函数。③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 Log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n0值，可求得该点处的斜率，即得到不同n0值的微分稀释热。由点(n0，Qs)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Origin来绘制三角坐标相图，过程如下：①打开Origin，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O1的数据，再间隔一行输入物系点O2的数据。如图3中的A[X1]、B[Y1]和C[Z1]列所示。②选中所有数据，在Plot菜单中点击Ternary或点击2D工具条上的Ternary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。③选择屏幕坐标点读取工具(Tools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Zoom 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。④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组成的数据，如图3中D[X2]、E[Y2]和F[Z2]所示。回到Graph窗口，选Graph菜单下的Plot Setup，弹出Plot Setup：Configure Data Plots in Layer对话框。Plot Type：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Column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。

4 结 语

图5 用Origin绘制三液系相图

Origin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。

[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

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.03.032

TP391

1673-1409(2011)03-0094-03