Origin 8.0軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用*

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(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西　西安　710021)

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Origin 8.0軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用*

余麗麗，范濤，楊莉?qū)?，姚琳，楊黎燕，李?/p>

(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西西安710021)

以純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定和硝酸鉀溶解熱的測(cè)定兩個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析為例，介紹Origin 8.0軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。Origin 8.0軟件在液體飽和蒸氣壓的測(cè)定數(shù)據(jù)后處理過(guò)程中體現(xiàn)出簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)計(jì)算、線性擬合和圖像處理功能；而在硝酸鉀溶解熱實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程則很好地體現(xiàn)了豐富的曲線擬合功能，得到了兩個(gè)合適的擬合方程——ExpDec2和Log3P1，方便了數(shù)據(jù)的進(jìn)一步演算。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn); Origin 8.0軟件; 數(shù)據(jù)處理

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)相關(guān)專業(yè)必修的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程，該門(mén)課程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理繁瑣，其中部分實(shí)驗(yàn)需要通過(guò)數(shù)據(jù)處理、圖形繪制、數(shù)據(jù)分析得到相應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式[1-2]。因此，僅通過(guò)純手工處理數(shù)據(jù)和繪制圖像不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易產(chǎn)生誤差。將Origin 8.0引入到物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖形繪制的過(guò)程中，可很大程度地降低計(jì)算復(fù)雜性，減少由于手動(dòng)計(jì)算或數(shù)據(jù)約減所產(chǎn)生的誤差[3-4]。此外，Origin 8.0軟件可兼顧簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理、圖形繪制、方程擬合等各項(xiàng)功能，滿足了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析的基本需求[5-6]。本文結(jié)合兩例范例，介紹Origin 8.0軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的基本應(yīng)用。

1　線性擬合范例——純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定

1.1實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)靜態(tài)法測(cè)定水在不同溫度(T，K)下的飽和蒸汽壓(p，Pa)，并使用克勞修斯—克拉貝龍方程(式1)計(jì)算水的平均摩爾汽化焓(ΔvapHm，J·mol-1)，及水的正常沸點(diǎn)。

(1)

其中R為氣體常數(shù)(8.314 J·mol-1·K-1)。

對(duì)式(1)求積分后得：

(2)

可見(jiàn)，以lnp對(duì)1/T作圖，可獲得直線關(guān)系，其中斜率為-ΔvapHm/R，由此可獲得ΔvapHm。此外，在此直線關(guān)系上可推算水的正常沸點(diǎn)。

1.2數(shù)據(jù)處理

啟動(dòng)Origin 8.0，新建Workbook，在A列和B列分別輸入溫度和壓力差，在空白處點(diǎn)擊選擇Add New Column增加2個(gè)數(shù)據(jù)列——C(1/T)和D(lnp)，選中C的1至8行，在Column菜單下選擇Set Column Values，并在對(duì)話框中輸入1/(col(A)+273.15)(圖1)，點(diǎn)擊OK得1/T的數(shù)值。同理，選中D列1至8行，在Set Column Values對(duì)話框中輸入ln(1000*(col(B)+ 96.77))，得lnp。

表1　不同溫度下水的飽和蒸汽壓(大氣壓為96.77 kPa)

1.3Origin作圖及其數(shù)據(jù)擬合

圖1　應(yīng)用Origin 8.0進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算

圖2　應(yīng)用Origin 8.0進(jìn)行線性擬合

2　曲線擬合范例——溶解熱的測(cè)定

2.1實(shí)驗(yàn)原理

(3)

2.2數(shù)據(jù)處理和Origin作圖及其數(shù)據(jù)擬合

啟動(dòng)Origin 8.0，新建Workbook，在A列輸入n0列數(shù)據(jù)，在B列輸入ΔsolHm列數(shù)據(jù)(表2)，以A列為X軸，B列為Y軸，作散點(diǎn)圖。在Analysis菜單下選擇Fitting，打開(kāi)Nonlinear Curve Fit對(duì)話框，并在Category選項(xiàng)下選擇擬合類別，在Function下選擇具體方程，通過(guò)Fit Curve 初步確定擬合曲線與散點(diǎn)之間的關(guān)系，在Formula獲得擬合方程表達(dá)式(圖3)。

表2　溶解熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

注：溶劑為水，質(zhì)量為216.26 g；電壓為4.15 V；電流為0.571 A。

圖3　應(yīng)用Origin 8.0進(jìn)行曲線擬合

通過(guò)上述方式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Exponential目錄下的Exp3P1和ExpDec2以及Logarithm目錄下的Log3P1方程較為合適。對(duì)比擬合度可見(jiàn)方程ExpDec2和Log3P1在本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中較為適用。通過(guò)擬合得到的方程為：

Exp3P1:

ExpDec2:

(R2=0.9945)

Log3P1:

ΔsolHm=34454+10099ln(n0-47.49)(R2=0.9979)

2.3擬合曲線的使用

表3　通過(guò)擬合方程計(jì)算熱效應(yīng)

表4　通過(guò)擬合方程計(jì)算積分稀釋熱

表3、表4為通過(guò)ExpDec2和Log3P1兩個(gè)擬合方程計(jì)算得的硝酸鉀溶解過(guò)程的各種熱效應(yīng)。可見(jiàn)計(jì)算得的微分稀釋熱、積分溶解熱和微分溶解熱并無(wú)太大的差異，但是由于積分稀釋熱是兩個(gè)濃度下微分稀釋熱之間的差值，因此存在一些差異，由此可見(jiàn)平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析需要采用同一個(gè)擬合方程。

3　結(jié)　語(yǔ)

由以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)范例可見(jiàn)，Origin 8.0 軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中可兼顧作圖、線性擬合、曲線擬合、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理等功能，具有操作簡(jiǎn)單、界面清晰、快速、準(zhǔn)確、與Excel和word等辦公軟件兼容性良好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中開(kāi)展Origin 8.0 軟件教學(xué)可很好地激發(fā)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生通過(guò)5至10個(gè)物化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理掌握一種科學(xué)的數(shù)據(jù)處理軟件，為后續(xù)的其他綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)甚至是科研相關(guān)工作的開(kāi)展奠定良好的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。

[1]張姝明,王桂香,陳玉煥.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)[J].廣州化工,2015,43(15):252-253.

[2]陳玉娟,孫東,王春風(fēng),等.淺談物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015(04):223-225.

[3]易均輝,莫惠媚,龔福忠,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(08):56-59.

[4]樊玲,尚貞鋒,武麗艷.Origin軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué),2011(02):41-44.

[5]黃欽.Origin軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].廣州化工,2012(11):207-208,225.

[6]胡瑋,曹紅燕.Origin用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性擬合[J].大學(xué)化學(xué),2006(03):43-44+47.

Application of Origin 8.0 Software in Physical Chemistry Experiments*

YU Li-li,FAN Tao,YANG Li-ning,YAO Lin,YANG Li-yan,LI Li

(Department of Pharmacy,Xi’an Medical University,Shaanxi Xi’an 710021,China)

According to the examples of the typical Physical Chemistry Experiments including liquid saturation vapor pressure measurement and the dissolution heat of potassium nitrate,the applications of Origin 8.0 software in Physical Chemistry Experiments teaching were introduced.In the data processing process of liquid saturation vapor pressure measurement,Origin 8.0 software reflected the simple data calculation,linear fitting and image processing function.In the data processing process of the dissolution heat of potassium nitrate,Origin 8.0 software showed excellent function of curve fitting,and two fitting equations(ExpDec2 and Log3P1)were obtained in this process,thus it further facilitated the calculus of data.Two fitting equations,ExpDec2 and Log3P1,were obtained,such as the experimental data processing,linear fitting,curve fitting,and graphic plotting.

Physical Chemistry Experiments; Origin 8.0 software; data processing

西安醫(yī)學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目(2014JG-17)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81302706，21305109)；陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(1757，1649)；西安醫(yī)學(xué)院大學(xué)生科研訓(xùn)練基金項(xiàng)目(2015DXS1-12)；西安醫(yī)學(xué)院大學(xué)生開(kāi)放科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(2015DXS2-19)；西安醫(yī)學(xué)院學(xué)科建設(shè)經(jīng)緯資助。

余麗麗(1983-)，女，副教授，博士，教學(xué)研究方向：物理化學(xué)教學(xué)研究。

O646.2,G642.0

A

1001-9677(2016)06-0136-03