Origin和Excel在化学化工中的应用

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1、Origin和Excel在化学、化工中的应用摘要：随着计算机科学与技术的高速发展及其传统化学、化工学科的不断交叉、渗透和整合，现代计算机技术正在化学、化工专业的科研、生产、教学中起到日益重要的作用。计算机在化学、化工中的应用已不仅局限于传统的办公、图形处理等范畴。在化学品开发、反应机理研究、设备设计、过程控制、工艺优化、辅助教学等领域，计算机化学和计算机化学工程的重要作用日益凸显。而在众多的有关图形、数据处理的软件中Origin和Excel在化学、化工中的应用相当广泛。以下便是origin和excel在化学化工中的主要应用的总结。关键词：数据分析 化学化工 换算 曲线拟合 理论教学 一 、 O

2、rigin简介及在化学、化工中的相关应用Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的 软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。 Origin自1991年问世以来，由于其操作简便，功能开放，很快就成为国际流行的分析软件之一，是公认的快速、灵活、易学的工程制图软件。它的最新的版本号是9.0，另外分为普通版和专业版（Pro）两个版本。 软件特点当前流行的图形可视化和数据分析软件有Matlab，Mathmatica和Maple等。这些软件功能强大，可满足科技工作中的许多需要，但使用这些软件需要一定的计

3、算机编程知识和矩阵知识，并熟悉其中大量的函数和命令。而使用Origin就像使用Excel和Word那样简单，只需点击鼠标，选择菜单命令就可以完成大部分工作，获得满意的结果。 像Excel和Word一样，Origin是个多文档界面应用程序。它将所有工作都保存在Project(*.OPJ)文件中。该文件可以包含多个子窗口，如Worksheet，Graph，Matrix，Excel等。各子窗口之间是相互关联的，可以实现数据的即时更新。子窗口可以随Project文件一起存盘，也可以单独存盘，以便其他程序调用。 软件功能Origin具有两大主要功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信

4、号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接。 Origin可以导入包括ASCII、Excel、pClamp在内的多种数据。另外，它可以把Origin图形输出到多种格式的图像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。 Origin里面也支持编程，以方便

5、拓展Origin的功能和执行批处理任务。Origin里面有两种编程语言LabTalk和Origin C。 在Origin的原有基础上，用户可以通过编写X-Function来建立自己需要的特殊工具。X-Function可以调用Origin C和NAG函数，而且可以很容易地生成交互界面。用户可以定制自己的菜单和命令按钮，把X-Function放到菜单和工具栏上，以后就可以非常方便地使用自己的定制工具。（注：X-Function是从8.0版本开始支持的。之前版本的Origin主要通过Add-On Modules来扩展Origin的功能。）Origin是美国Microcap公司出的数据分析和绘图软件,

6、现在的最高版本为8.0, 主要有两大类功能：数据分析和绘图。数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。1 单组实验数据的处理应用滴定分析是分析化学中的一种重要分析方法, 当被测定物质与滴定剂之间可以定量反应时, 如有合适的指示剂, 利用滴定剂的消耗量即可计算被测物质的含量, 如果没有合适的指示剂, 或滴定突跃不明显时, 则可利用滴定过程中溶液的某些性质( 如pH 值、电极电位等) 随滴定体积变化的特点绘制出滴定曲线, 然后对滴定曲线进行导数处理, 一阶导数的极大值所对应的体积即为滴定被测物质所消耗的滴定剂的体积, 从而计算被测物质的含量。以CAgNO

7、3=0.1 mol/L 标准溶液滴定NaCl溶液为例：表1 AgNO3 标准溶液滴定NaCl 溶液的实验数据滴定液体积V( ml) 5.00 15.00 20.00 22.00 23.00 23.50 23.80 24.00 24.10 24.20 24.30 24.40 24.50 24.60 24.70 25.00 25.50 26.00电位计读数( v) 0.062 0.085 0.107 0.123 0.138 0.146 0.161 0.174 0.183 0.194 0.233 0.316 0.340 0.351 0.358 0.373 0.385 0.396 图1 Origin7

8、.0 制作的滴定曲线及一阶导数 2 多组实验数据的处理应用在分光光度法测定物质含量时, 经常会遇到同种物质在不同实验条件下的吸收光谱图比较或不同物质在同一实验条件下的吸收光谱图比较。使用Origin7.0 软件可以直接将多组实验数据绘制在同一图表内并进行对比分析, 如绘制2 个不同样品在同样实验条件下的吸收光谱图( 见图2) 。图2 Origin7.0 制作的吸收光谱图首先在数据表内输入样品A 的实验数据, 输入完成后, 在File 菜单中选择“New”再选择“New workSheet”。在新的数据表内输入样品B 的实验数据。然后选择样品A 的数据表, 在Plot菜单下选“Scatter”,

9、 就可以得到样品A 的散点图。为了在图上增加样品B 的数据, 双击散点图左上角的“1”字, 在出现的“Layer1”对话框中将“Data2( 样品B 的数据) ”选中, 按OK 就可以同时得到2 个样品的数据图。为了更好地区别2 条曲线及其数据点, 可以改变数据点的颜色和样式。在某数据线上双击, 在出现的“Plot Details”对话框中的Symbol 页中可以设置该组数据点的样式、大小、颜色等属性。3 分析数据统计检验中的应用在分析化学中, 为了比较某种分析方法或几种分析方法对样品的分析数据是否可靠, 常常要对分析数据进行统计学检验, 如果某种测定方法无系统误差, 则测定平均值与真实值之间

10、的偏离是由于随机误差所致, 在95%的置信度下, 分析结果满足要求时, 分析数据的平均值应在t , fS/n1/2 之间波动, 如果由分析数据计算出的tt, f, 表明测定平均值与真实值之间存在显著性差异, 原假设不成立, 分析方法存在系统误差。若2 种分析方法分析同一样品, 假设每种分析方法测定数据都不存在显著性差异, 则2 种测定方法测定数据的标准偏差的平方比值F=S12/S22( 大方差与小方差之比) 应小于测定条件下F0.05( n1 n2 ) 值,如果FF0.05( n1 n2 ) , 原假设不成立, 即2 种分析方法的精密度之间存在显著性差异2。用2 种方法分析某药品中VC 的含量

11、, 结果见表2。表2 VC 含量分析结果方法 W(VC) %新方法 23.28 23.36 23.43 23.38 23.30 标准方法 23.44 23.41 23.39 23.35 23.38 样品中VC 含量的标准值=23.38%, 采用Origin7.0 软件判断2 种方法测定的可靠性及2 种分析方法之间有无显著性差异 ( 见图3, t0.05, 5=2.571, F0.05( 4, 4) =6.39) 。 图3 Origin7.0 对分析数据的统计检验打开Origin7.0, 在工作表中输入数据, 选中2 组数据, 点击工具栏上statistics/statistics on Col

12、umns, 分别计算出2 种方法测定数据的平均值及标准偏差。在数据表中点击第1 组数据的第6 行, 再点击工具栏上Columns/Set Columns Values, 在出现的计算框中输入: abs( ( mean( Y) -) *sd/n1/2 ) , 其中mean( Y) 和Sd为计算出的平均值和标准偏差, 点击OK 即可计算出新方法的t值为0.986, 在数据表中点击第2 组数据的第6 行, 用同样的方法计算出标准方法的t 值为0.833, 2 个t 值均小于2.571, 说明每组数据组内无显著性差异。在数据表中点击第1 组数据的第7 行, 再点击工具栏上Columns/Set Col

13、umns Values, 在出现的计算框中输入: abs( sd ( A) *sd( A) /sd( A) *sd( A) ) , 计算F 值为3.273, 小于F0.05( 4, 4) =6.39, 说明2 种方法的精密度不存在显著性差异, 新方法分析数据可靠。在化学实验中, 如果使用手工作图, 同一组实验数据, 不同的操作者处理, 得到的结果很可能不同; 即使同一操作者在不同时间处理, 结果也不完全一致。Origin7.0 软件具有强大的数据分析计算和绘图功能, 可以快捷、准确地完成化学实验中不同类型的数据处理, 结果精确度高, 绘出的图形细致、美观, 而且使用简便, 无需编程, 整个处理

14、过程简单、方便、直观。利用Origin7.0处理实验数据可提高工作效率, 减少数据处理时间, 提高分析的精确度, 值得推广应用。1李桂馨. 分析化学M. 北京: 人民卫生出版社, 2001. 2赵玛, 魏剑英. Origin6.0 软件在分析化学数据处理中的应用3郑州轻工业学院学报, 2006, 21( 3) : 2528.4 Origin7. 0在化学动力学数据处理中的应用注：化学动力学也称反应动力学、化学反应动力学，是物理化学的一个分支，是研究化学过程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系。4.1反应级数的确定 1 反应级数的确定通常有积分

15、法、微分法、半衰期法等.1. 1积分法(也称尝试法) 将实验数据(各时间t和相应的浓度)代入各反应级数的积分公式中,以最简单的情况,既反应速率方程的表达式为: r = k A n 为例.当n = 1时, ln( A 0 /A ) = akt当n1时, 1/ A n - 1 -1/ A n - 10= ( n - 1) akt,(其中A 代表某一时刻t所对应的A物质的的浓度, A 0 为起始浓度, a为A物质的化学计量数)一一计算速率k,若按某公式算出的k不变,则该公式的级数就是这个反应的反应级数. 通常可以用Ex-cel就可作到,而Origin7. 0中也有Excel工作表.作图法:将各种动力

16、学方程线性化:当n = 1时, ln A = ln A0 - akt,以ln A 对t作图为直线;当n1时, 1 /A n - 1 -1/ A n - 10= ( n - 1) akt,以1/ A n - 1对t作图为直线.将相应浓度的某种函数对时间作图,若得直线,即为对应的n级反应.1. 2微分法利用浓度随时间的变化率(-dA dt)与浓度的关系求n的方法.- 1/a* (dA )/ dt= k A n取对数: ln( -dA )/ dt= lnak + nln A以ln -dA / dt对ln A 作图,其直线斜率即为n,而截距为ak = kA1. 3半衰期法根据不同初始浓度所对应消耗掉一

17、半反应物A时所对应的时间t12,求出反应级数.对于n级反应有: t1/2= 常数 /A n 10取对数有: ln(t1/2)=常数- ( n - 1) ln A 0 ,以ln(t1/2)对ln A 0 作图,为直线,斜率为( n - 1).上述几种方法中,函数关系式有共同的形式: y =A +Bx,这就为得利用Origin7. 5处理数据提供了方便.4.2用Origin7. 0处理数据求n, k 2, 3 2.1标准曲线的绘制数据输入Origin7. 0提供了多种制图途径,最基本的是根据Worksheet制图,Worksheet制图方法有多种,在此介绍直接将数据y和数据x放在Worksheet

18、中的方法. 一个Worksheet数据组实际是一个一维数列,包含文本或数值,每个数据组是Worksheet的一列,列的惟一的属性设置: x, y, z, l (标签) , x误差, y误差或Disregarded (无关列)启动Origin7. 0后,在弹出的Worksheet的x列,依次输入x值,在Y列输入相应的y值.作散点图:选定x与y的数据区,用鼠标点击绘制散点图( Plot Scatter Graph)的图标Y ,此时便弹出已在x - y坐标中描好数据点的图形窗口(Graph1).Graph窗口是Origin中最重要的组成部分,在这里完成制图,实现数据可视化. 制图包括二维和三维,其中

19、对具有y =A +Bx形成的线性关系式来讲,只需用二维Graph即可.绘制标准曲线:点击下拉菜单“分析”项下的“线性拟合”命令(Analysis/Fit L inear)系统即刻绘出标准曲2. 2回归方程系统在绘出标准曲线的同时,又弹出回归分析结果报告窗口(Results) ,给出了线性回归方程y =A +Bx中的A和B的数值以及y与x的相关系数( r) ,由此可确定线性方程y =A +Bx的具体表达式. 根据反应级数的确定所选用的不同方法,赋予A及B不同的含义,根据A及B不同的含义来确定相应的n及k值. 5 Origin 7.0软件在红外光谱数据处理中的应用 红外光谱是检测化合物分子骨架和官

20、能团的最简单、最广泛的方法，通过红外光谱的特征峰可以推断化合物可能的官能团和化学键，所以在化学实验教学和科学研究过程中经常用到红外光谱。一般利用红外光谱仪获得化合物的红外光谱数据通常以不同的文件格式保存，其中有两种格式(扩展名为*.CSV 或*.DPT)的数据文件可以直接用Origin 7. 0 软件打开。本文简单介绍了Origin 7. 0 软件的基本使用方法，及其怎样利用该软件处理化合物的红外光谱数据。5. 1 红外光谱数据的导入 打开Origin 7. 0 的“File”菜单，在“Import ASCII”命令中选“Single File ”, 打开相应的存有化合物红外光谱谱图信息的源文

21、件。由于仪器测出的红外光谱数据的波长是有小数，一般用取整函数对所有波长数据进行取整。具体操作为选定波长栏如A(X)，右键选“Set Column Values”， 在编辑区域编辑Col(A)= round(Col(A)，见图1，然后确定，A(X)栏就都是整数。选定A(X)和B(Y)两栏，右键选“plot”里的“line”，得到如图2 的曲线。 图1 波长数值的取整操作 图2 红外光谱数据的导入52红外光谱数据的可视化打开Origin 70的“File”菜单，在“Import”命令中选择“single ASC lI ”，打开相应的存有谱图信息的ASClI代码文件；或安装“JCAMPDx Impo

22、rt Utility”插件， 然后在标准工具栏中点击 “Open Template”，进入“打开”对话框，在相应的插件安装路径中打开“Worksheet Template(* OTW)”类型的文件，即“JCAMPOTW”，然后点击在工作表上部出现的“JCAMPDX Import”按钮，打开扩展名为“JDX”的专用格式文件在“Plot”菜单中选择“Line”命令绘图，使数据可视化，得到完成初步设置的谱图5.2.1 Origin软件画出某电池的放电电压和极化电流随时间的变化曲线。t / min0306080100120140150i / mA109.519.118.457.806.004.503.

23、00V / V1.7111.2901.2561.2011.1411.1011.0301.000步骤：时间作为x轴，输入3列数据，然后用鼠标拖动定义（涂黑）3列数据，执行“Plot/Double Y”（双Y轴）命令即可。最后用“Copy Page”命令粘贴到Word文本中。作如下图形：6 Origin软件在相图绘制中的应用6.1 线性拟合.下表苯-乙醇溶液折光率测定数据.苯的摩尔分数折光率10%1.373420%1.387550%1.429070%1.457090%1.4850将数据输入Origin 数据表中，作苯组分-折光率的散点图，再进行选择Analysis菜单中的Fit linea，对该数

24、点图进行线性拟合.得到曲线类的为y=B+Ax, B= -9.75602，A= 7.17622 R(相关系数)=1， SD(标准偏差)=9.95047E-4，P(R2=0的概率)0.0001表明拟合效果最佳,拟合函数式为y=7.17622x-9.75602。上表是苯乙醇溶液沸点组成测定的原始数据并点击鼠标右键选择SetColumnValues将折光率的平均值求出(下图) 6.2 非线性曲线拟合Origin提供了多种非线性曲线拟合方式: 在Ansyis莱单中提供了如下拟合函数:多项式拟合、指数衰减拟合、指数增长拟合，s形拟合、Gaussian拟合Lorentzian拟合和多峰拟合;在Tool菜单中

25、提供了多项式拟合和s形拟合。 在Analysis菜单中的Non一linear Curve Fit选项提供了许多拟合函数的公式和图形。 Analysis，菜单中的Non一linear Curve Fit选项可让用户自定义函数。在处理实验数据时，可根据数据图形的形状和趋势选择合适的函数和参数，以达到最佳拟合效果。多项式拟合适用于多种曲线，且方便易行，操作如下:(1) 对数据作散点图或点线图。(2 )选择Analysis 菜单中的Fit Polynomial或Tool菜单中的Polynomial Fit，打开多项式拟合对话框，设定多项式的级数、拟合曲线的点数、拟合曲线中X的范围。(3)点击 OK或F

26、it即可完成多项式拟合。如果使用手工作图，同一组数据不同的操作者处理，得到的结果很可能是不同的;即使同一个操作者在不同时间处理，结果也不会完全一致。而Origin软件能够准确、快速、方便地处理实验的数据，能够满足化学实验对数据处理的要求，用Origin软件处理实验的数据，只要方法选择合适，则得到的结果更为准确。6.2 对数据换算作图沸点oC液相冷凝液分析气相冷凝液分析折光率折光率测量值平均测量值平均78.011.47601.476711.47601.476721.477021.477231.477231.477070.511.45621.457011.45621.457021.457021.4

27、57031.457731.457767.811.44901.449011.44901.449021.449021.449031.449131.449166.811.44371.443611.44371.443621.443521.443531.443731.443767.011.43911.438811.43911.438821.438021.438031.439231.439276.811.37311.372811.37311.372821.372521.372531.372831.372874.011.39701.396611.39701.396621.396221.396231.3965

28、31.396570.511.42531.424911.42531.424921.425021.425031.424531.4245选中表中折光率一列，点击鼠标右键选择SetColumnValues在文本框中输入标准曲线的拟合函数式,点击OK，即刷新折光率一列换算成为苯组分的数据，同理将另一列折光率换算为苯组分的数据。然后，点击工作表左上角空白处选中整个工作表，再点击Worksheet Date工具条的sort按钮.以两相中的组分为首要列对数据进行排序。如下表:沸点oC77.176.87470.56766.867.870.57878.9苯%气相09.54926.62946.93856.91360

29、.35764.23269.97384.11100液相008.18622.53841.26862.65481.02590.71394.229100排序完毕，点击symbot+line 作点线图，如下图6.3 .1 T-X相图的绘制（硝酸水二组分）依上法计算得出,硝酸水二组分的组成表t/oCx(HNO3)液y(HNO3)气1000.000.001050.0550.0051100.000.011150.190.091200.270.171210.330.271220.380.381210.41500.541200.450.70117.50.4850.8001150.520.9112.50.560.9

30、31100.600.961050.670.971000.750.98930.8250.9985.51.001.00接入数据后于Qrinigm数据表中，然后作温度组分的点线图。6.3.2 水-硫酸胺体系的固液T-X相图下表列出水-硫酸胺体系的固液相图实验的数据(NH4)2SO4/%(w/w)温度/oC0016.7-5.5528.6-1137.5-1838.4-19.14104210432043.83044.84045.85046.86047.87048.88049.89050.810051.8108.9将数据输入Oringin的数据表中选择2D graph工具条的symbolline作点线图，如

31、图6.3.3 组分相图的绘制（苯乙醇水三组分）下表列出三组分实验的数据编号12345678体积（ml）苯0.090.1911.52.533.54水3.52.52.511.360.760.450.180.11乙醇1.52.5543.52.51.51将数据输入Oringin的数表中，用Set Column功能将体积换算为质量选择2D graph工具条的Ternary作三角点线图。如图用Origin求三角图百分率的功能可将图中各点的百分率求出，再分别在数据的起始和末尾加上组分为苯100和水为100的两点，如下表：水173.48253.87634.21723.30513.2878.8934.0542.

32、4910乙醇024.85742.52553.854.10148.29638.99526.66317.8760苯01.6613.59911.98322.59438.41752.11269.28479.6321用此数据刷新原图则可完成作图，见下图7 origin在探究药物制备及化学动力学上的应用7.1 恒温法对药物储存期预测以下是一组硫酸罗通定注射液储存期预测实验的数据60oC70oC80oC88oCt/hAbst/hAbst/hAbst/hAbs00.08800.08800.08800.088240.13150.113.70.1251.20.128480.152100.1237.40.1512.

33、40.158720.176170.14811.10.2013.60.173960.206240.17714.80.24760.2381200.241340.21325.90.3717.20.2471440.268410.25329.60.3948.40.2991680.298580.306370.4899.60.3151920.344650.34010.80.3492160.374120.3752400.412880.493将吸收度对加热时间作散点图，并作线性拟合，如下图线性拟合的结果60 oC，70 oC，80 oC，88 oC的相关系数R分别为0.99691，0.99813，0.99874

34、，0.99708表明拟合效果较佳。温度（oC）k600.00136700.00382800.01088880.02335将lnk对1000/T作直线回归图。分别右击温度和k列顶部，在快捷菜单中选择Set Column Values，在文本框中输入计算公式，点击OK，即刷新t列的值。选择lnk与1000/T作图，再作线性拟合，得斜率为-12.25154，R=-0.9999，如下图则可求得避光降解的活化能Ea为101.86kJ/mol。7.2 四环素在血液中的半衰期t/h481216c/(mg/100ml)0.480.310.240.15以lnc对t作直线回归得图，如下得斜率为-0.09363，截

35、距为-0.371。由此可求知k0.0936h-1，半衰期t1/2=7.4h，lnc0=-0.371，初浓度c0=0.69mg/100ml得式子8 origin在电化学上的应用8.1 HCl滴定NaOH电导率滴定下表为HCl滴定NaOH的V的数据：CHCl=0.0914mol/LVHCl（ml）(Scm-1)VHCl（ml）(Scm-1)VHCl（ml）(Scm-1)2.002.3316.001.5825.501.154.002.2218.001.4826.001.156.002.1120.001.3826.501.208.002.0022.001.2827.001.2710.001.8924.

36、001.1829.001.5612.001.7824.501.1731.001.8314.001.6825.001.15将数据输入Origin中作图得（如下图）用1至12点和17至20点分别作线性拟合，得两拟合直线相交。线性拟合结果为Y= 2.41717 0.05176X，R-0.9996和Y= -2.52148 + 0.14049 X，R=0.99986。由R值可以看出拟合效果较好。解两直线方程组成的方程组得求得两直线的交点即为滴定终点，V25.7ml，=1.09Scm-1。8.2 BaCl2滴定Na2SO4电导率滴定下表为BaCl2滴定Na2SO4的V的数据：CBaCl2=0.0914mo

37、l/LVBaCl2（ml）(Scm-1)VBaCl2（ml）(Scm-1)VBaCl2（ml）(Scm-1)2.001.1916.001.1726.001.234.001.1918.001.1626.501.246.001.1820.001.1627.001.268.001.1822.001.1629.001.3410.001.1824.001.1631.001.4212.001.1725.001.1933.001.5014.001.1725.501.20将数据输入Origin中作图得（如下图）如上法，得拟合结果为Y= 0.18 +0.04X，R=1和Y = 1.19327-0.00164 X

38、，R= -0.96909。由R值可以看出拟合效果较好。解得V33.0ml，=1.50Scm-1。9 origin在溶液表面张力的测定上的应用下表为最大泡压法测定表面张力的数据室温25oC 大气压742.3mmHgC(molL-1)0.0000.0200.0600.1000.1400.1800.220pmax0.4630.4210.3690.3290.2980.2740.25410602.504.706.156.616.676.76将数据输入Origin中作图得（如下图）由C值较大的若干个点作直线外推，于纵轴相交即为。在上图中取最后三个点作散点图，选择Analysis菜单中的Fit Linear

39、，对该散点图进行线性拟合。线性拟合的结果为Y = 6.3425E6 + 1.875E6 X，R0.9934。由R值可以看出拟合效果较好。拟合直线截距的值即，为6.3425106。10 origin在热力学中的应用下表为苯甲酸燃烧热的数据m0.5513g m后丝0.0066g时间（sec）温度（oC）时间（sec）温度（oC）6017.03748017.98612017.0451017.99918017.045401824017.04257018.01330017.04360018.01633017.17866018.0236017.64672018.02239017.84778018.0234

40、2017.92784018.02245017.96590018.021将数据输入Origin作出曲线，如下图用1至5点和16至20点分别作线性拟合，线性拟合结果为Y=18.019+3.3333310-6X和Y=17.036+2.510-5X，两直线与直线X=355相交得两交点分别为T2=18.02oC和T1=17.04oC，可算得 T=0.9oC，由公式mQVW卡-QVmNi有W卡1333.5当前oringin7.0在科学研究中，大型仪器如热重分析仪、红外分析仪、X-射线衍射分析仪、气相色谱和液相色谱等大型仪器的数据分析处理也可用Origin 7. 0作图。二、 Mcrosoft Excel在

41、化学化工中的应用Microsoft Excel是微软公司的办公软件Microsoft office的组件之一，是由Microsoft为Windows和Apple Macintosh操作系统的电脑而编写和运行的一款试算表软件。Excel 是微软办公套装软件的一个重要的组成部分，它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作，广泛地应用于管理、统计财经、金融等众多领域。Excel中大量的公式函数可以应用选择，使用Microsoft Excel可以执行计算，分析信息并管理电子表格或网页中的数据信息列表，可以实现许多方便的功能，带给使用者方便。 与其配套组合的有：Word、PowerPoint、Ac

42、cess、InfoPath及Outlook,Publisher 现在Excel2010、2007和老一点的Excel2003较为多见，Excel2002版本用的不是很多。2000以前的版本现在很少见了。最新的版本增添了许多功能。使Excel功能更为强大。Excel2003支持VBA编程，VBA是Visual Basic For Application的简写形式。VBA的使用可以达成执行特定功能或是重复性高的操作。11 Excel的图表功能在理论教学的应用1.1数据准备 Excel的散点图是基于工作表中指定的两列（或多行）数据中相应的两个值一组构成一个坐标点，所有指定数据构成的坐标点平滑连接成为

43、曲线。为了便于修改曲线，通常在工作表第1，2行设置与曲线计算有关的参数或常数（图1）；根据曲线图所需X轴和Y轴的数据，手工输入或在单元格中设置运算公式，拖动连续计算有关数据，X轴数据在A列，Y轴在其他列。由于使用计算机进行计算，可以运用较为精确的公式（如滴定曲线的pH计算，甚至可以用迭代的方法求解高次方程）。当计算公式比较复杂时，应当增加若干列以记录中间结果，这样能够及时发现计算中可能存在的问题。数据准备是制作精美曲线的基础，要考虑周到。1.2 制作散点图 选择“插入”菜单下的“图表”，出现图表向导，步骤之-1图表类型，选择XY散点图中的无数据点平滑线散点图模式；然后按照向导的提示，填写有关项

44、目、选定有关数据系列，最后完成。值得注意是，一般一次下来的曲线图未必理想，例如刻度范围，字体大小等。往往需要若干次的修改才能得到满意的曲线图。2中演示绘制准确的曲线图 目前理论教学中使用的课件多数是电子文稿（ppt文档），在显示的过程可以通过超链接到excel演示有关的曲线。在excel的界面时，应当充分利用“视图”功能，调节曲线图画面大小，突出主要的部分。2.1演示滴定曲线滴定曲线是描述滴定进行过程中pH（或pM、电极电位）值等物理参数与滴定加入率的关系，它反映滴定过程中物理参数的变化情况。通过对滴定曲线的研究，发现在计量点附近，溶液的物理参数会出现很大的变化。这是能够用指示剂指示滴定终点的

45、理论基础，是教学的关键。利用散点图绘制准确的滴定曲线，能清晰地反映计量点与滴定突跃的情况。另外，在理论上我们知道被测的酸碱强度(Ka或Kb)不同，会引起突跃范围大小发生变化。那么，利用数据图表自动计算的功能，通过修改Ka（或Kb）参数就可以很方便地变更曲线图，动态演示说明Ka（或Kb）值与突跃范围的关系。当我们输入的Ka少于10-8时，通过Ex-ecl的自动计算和作图，马上就显示出突越范围变得较小，不容易选择合适的指示剂，甚至突越范围少于指示剂变色范围，因此不能准确滴定（图2与图1比较突跃范围）。2.2演示分布系数曲线图图4图3在酸碱平衡的溶液中，酸碱各种型体的比例称为分布系数。分布系数与溶液

46、的PH值存在一定的数学关系，以PH为横轴，分布系数为纵轴，可得分布曲线图。利用分布曲线图，能够帮助学生理解滴定进程中溶液里酸碱组分的比例状况。在多元酸滴定时，如果相邻的两个Ka的比值（如Ka1/Ka2）大于104，后一步的解离不影响前一步的反应，就可以分步滴定。然而教科书是没有直接说明理由，用数学方法推导说明则抽象而费时。利用excel所作的分布曲线图通过分别输入马来酸（Ka1=1.2310-2，Ka2=4.6610-7，图3）和酒石酸（Ka1=9.2010-4，Ka2=4.3110-5，图4），由图3可知马来酸的第一步滴定产物可以达到99%，能够满足准确滴定的要求；而从图4知道酒石酸的第一步

47、滴定产物只能达到70%，其余部分通过副反应转化为其他酸碱组分，造成很大的滴定误差。由此可见，用分布系数曲线图能够直观地解释分步滴定的条件，也可以根据滴定允许的误差制定判断分步滴定的条件。利用多媒体进行教学，就是要通过图文声影向学生传递信息。现在教学中普遍流行使用的PowerPoint或者Flash动画，对于需要大量陈述的教学过程，是一种高效的手段。而像分析化学这类在计算方面要求较高的课程，有时会感到不尽人意。因为这些课程需要有各种曲线、图表配合，也需要在授课过程中与学生互动，实时变换学生希望了解的曲线图表，方能取得良好的教学效果。利用Mi-crosoft Excel强大的计算功能，可以在一瞬间

48、按照给定的公式和参数计算出大量的数据，形成准确的曲线或图表。因此，在与学生交互过程中就显得得心应手。Microsoft Excel是个人电脑中必备的办公软件，简单易学，几乎每个使用PC机的人都具有初步使用Microsoft Excel的能力。我们只要稍微深入学习掌握Microsoft Excel里的相关函数，就可以更进一步发挥电脑在教学过程中作用，实现教学的创意，收到良好的教学效果。3 Microsoft Excel化工原理的实验数据处理3.1数据的输入与处理（1）打开Microsoft Excel工作表在A2-A13， B2-B13，C2-C13，D2-D13，E2-E13，F2-F13，G

49、2-G13，H2-H13分别输入实验数据的序号，泵工作电流的频率，入口真空度，出口压力，电动机功率，液位差，时间，孔板压降。（2）在I3输入流量计算公式“=F3*495*495*1E-09/G3”，上述公式输入完毕后，按鼠标左键选中所有计算公式栏，将光标移向选定区域的右下角，待出现“+”时按下鼠标左键向下拉至需要计算结果的行，所到之处相应的计算公式及被复制。（3）在J3输入扬程计算公式“=(C3+D3)*1000/9.807+0.85”，同理可得到相应的结果。（4）其他的如，有效功率，u,Re,Co按相同的方法均可得到相应的结果。 4 Excel 规划求解与回归分析 Excel 的规划求解是一

50、个对数据进行因果分析的有效而简洁的工具。本文要介绍的是它的两类应用。第一:如何用它来求解线性规划问题。第二:如何用它实现非线性回归,也就是如何利用规划求解实现非线性曲线拟合。Excel 的规划求解工具是在“工具”菜单栏的“加载宏”里面。可以进入“工具”菜单栏选择加载宏,然后在出现的对话框中选中“规划求解”,按“确定”。如果没有安装,系统会提醒你安装。回归分析在试验设计数据处理有非常重要的作用，例如正交设计、均匀设计、配方设计、复合设计都需要通过回归分析来寻找因素与响应变量间的关系，而EXCEL的数据分析工具库中就提供了回归分析的工具。通过回归分析，一般会得到因素与响应变量间的拟合方程，那么怎样

51、根据拟合方程来确定最优试验条件呢？这时就可以使用数据分析工具库中的规划求解工具。（注：什么是规划求解加载宏？）规划求解加载宏（简称规划求解）是Excel的一个加载项加载项的功能是为Microsoft Office 提供自定义命令或自定义功能的补充程序，可以用来解决线性规划与非线性规划优化问题。规划求解可以用来解决最多有200个变量，100个外在约束和400个简单约束（决策变量整数约束的上下边界）的问题。可以设置决策变量为整型变量。规划求解加载宏的开发商是Fronline System公司。用户通过自定义安装MS-Office所使用的是标准版本规划求解加载宏，Fronline System公司同

52、时提供增强的Premium Solver工具。规划求解工具在Office典型安装状态下不会安装，可以通过自定义安装选择该项或通过添加/删除程序增加规划求解加载宏。4.1 正交试验设计试验设计是数理统计学的一个重要的分支。多数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据，而试验设计却是用于决定数据收集的方法。试验设计方法主要讨论如何合理地安排试验以及试验所得的数据如何分析等。 例4-1 某化工厂想提高某化工产品的质量和产量，对工艺中三个主要因素各按三个水平进行试验（见表4-1）。试验的目的是为提高合格产品的产量，寻求最适宜的操作条件。表41 因素水平水平因素温度压力Pa加碱量kg符号Tpm123T1

53、(80 )T2(100)T3(120) p1(5.0) p2(6.0) p3(7.0)m 1(2.0)m2(2.5)m3(3.0)对此实例该如何进行试验方案的设计呢？很容易想到的是全面搭配法方案（如图4-1所示）： 此方案数据点分布的均匀性极好，因素和水平的搭配十分全面，唯一的缺点是实验次数多达3327次（指数3代表3个因素，底数3代表每因素有3个水平）。因素、水平数愈多，则实验次数就愈多，例如，做一个6因素3水平的试验，就需36729次实验，显然难以做到。因此需要寻找一种合适的试验设计方法。图51 全面搭配法方案试验设计方法常用的术语定义如下。试验指标：指作为试验研究过程的因变量，常为试验结

54、果特征的量（如得率、纯度等）。例1的试验指标为合格产品的产量。因素：指作试验研究过程的自变量，常常是造成试验指标按某种规律发生变化的那些原因。如例1的温度、压力、碱的用量。水平：指试验中因素所处的具体状态或情况，又称为等级。如例1的温度有3个水平。温度用T表示，下标1、2、3表示因素的不同水平，分别记为T1、T2、T3。常用的试验设计方法有：正交试验设计法、均匀试验设计法、单纯形优化法、双水平单纯形优化法、回归正交设计法、序贯试验设计法等。可供选择的试验方法很多，各种试验设计方法都有其一定的特点。所面对的任务与要解决的问题不同，选择的试验设计方法也应有所不同。4.2.1 线性回归分析 正交试验

55、设计方法特别适合于解决多因素试验问题。化工上，大多数的实际问题都是多因素的问题，而且多数问题都是非线性的问题。一个适用于多元线性和非线性回归的回归模型，是下式所示的多元二次多项式：（以4个自变量为例）（4-7）可见，在4个自变量时，若包括b0则待求的回归系数就多达15个。为此实验的次数至少应16次，而且求回归系数的过程和应用回归式求y的计算过程都很长，舍入误差较大。实际上，如同在方差分析时有些列在F检验中会不显著一样，在按式（4-7）进行回归分析时有些项在F检验中也会不显著。若只让F检验显著的项进入和保留在回归式中，则所得的回归式肯定会比式（4-7）简化许多。在这种回归方法中，用每次选入时至多

56、选入一项，每次剔除时至多剔除一项，选入、剔除交替进行的办法来进行回归操作。该选入时，从当前尚在回归式之外的众“项”中选择F值最大且F检验显著的一项，送入回归式。该剔除时，从当前已在回归式之中的众“项”中选择F值最小且F检验不显著的一项，从回归式剔除出去。由此可知，在最后所得的回归式中，每一项回归系数的F检验都是显著的。4.2.2 非线性回归有一类模型，其回归参数不是线性的，也不能通过转换的方法将其变为线性的参数。这类模型称为非线性回归模型。在许多实际问题中,回归函数往往是较复杂的非线性函数。非线性函数的求解一般可分为将非线性变换成线性和不能变换成线性两大类。这里主要讨论可以变换为线性方程的非线

57、性问题。所谓回归分析法，是在掌握大量观察数据的基础上，利用数理统计方法建立因变量与自变量之间的回归关系函数表达式（称回归方程式）。回归分析中，当研究的因果关系只涉及因变量和一个自变量时,非线性回归叫做一元回归分析；当研究的因果关系涉及因变量和两个或两个以上自变量时，叫做多元回归分析。此外，回归分析中，又依据描述自变量与因变量之间因果关系的函数表达式是线性的还是非线性的，分为线性回归分析和非线性回归分析。通常线性回归分析法是最基本的分析方法，遇到非线性回归问题可以借助数学手段化为线性回归问题处理。非线性回归就是用连续的曲线来描述实验所得的离散数据。非线性回归在生物学实验、医学实验、化学实验、计量

58、学等领域有广泛的应用。对实际科学研究中常遇到不可线性处理的非线性回归问题,提出了一种新的解决方法。该方法是基于回归问题的最小二乘法,在求误差平方和最小的极值问题上,应用了最优化方法中对无约束极值问题的一种数学 非线性回归解法单纯形法。应用结果证明,这种非线性回归的方法算法比较简单,收敛效果和收敛速度都比较理想。回归方程的建立 对于上述这些可化为线性模型的回归问题，一般先将其化为线性模型，然后再用最小二乘法求出参数的估计值，最后再经过适当的变换，得到所求回归曲线。 在熟练掌握最小二乘法的情况下，解决上述问题的关键是确定曲线类型和怎样将其转化为线性模型。 非线性回归确定曲线类型一般从两个方面考虑:一是根据专业知识，从理论上推导或凭经验推测、二是在专业知识无能为力的情况下，通过绘制和观测散点图确定曲线大体类型。在化学化工中也有广泛应用，其主要应用方面在“正交试验”及前文origin关于“红外数据处理”中可相互补充应用。参考文献: 1李桂馨. 分析化学M. 北京: 人民卫生出版社, 2001.2赵玛, 魏剑英. Origin6.0 软件在分析化学数据处理中的应用J. 郑州轻工业学院学报, 2006, 21( 3) : 2528. 3 韩德刚,高盘良. 化学动力学基础M