Origin 8.0软件在物理化学实验中的应用*

余丽丽，范　涛，杨莉宁，姚　琳，杨黎燕，李　立

(西安医学院药学院，陕西　西安　710021)



Origin 8.0软件在物理化学实验中的应用*

余丽丽，范涛，杨莉宁，姚琳，杨黎燕，李立

(西安医学院药学院，陕西西安710021)

以纯液体饱和蒸气压的测定和硝酸钾溶解热的测定两个物理化学实验的数据分析为例，介绍Origin 8.0软件在物理化学实验教学中的应用。Origin 8.0软件在液体饱和蒸气压的测定数据后处理过程中体现出简便的数据计算、线性拟合和图像处理功能；而在硝酸钾溶解热实验的数据处理过程则很好地体现了丰富的曲线拟合功能，得到了两个合适的拟合方程——ExpDec2和Log3P1，方便了数据的进一步演算。

物理化学实验; Origin 8.0软件; 数据处理

物理化学实验是化学相关专业必修的实验基础课程，该门课程实验数据量大，数据处理繁琐，其中部分实验需要通过数据处理、图形绘制、数据分析得到相应数学表达式[1-2]。因此，仅通过纯手工处理数据和绘制图像不仅费时费力，且易产生误差。将Origin 8.0引入到物理化学的实验数据处理和图形绘制的过程中，可很大程度地降低计算复杂性，减少由于手动计算或数据约减所产生的误差[3-4]。此外，Origin 8.0软件可兼顾简单的数据处理、图形绘制、方程拟合等各项功能，满足了学生对数据分析的基本需求[5-6]。本文结合两例范例，介绍Origin 8.0软件在物理化学实验教学中的基本应用。

1　线性拟合范例——纯液体饱和蒸气压的测定

1.1实验原理

本实验通过静态法测定水在不同温度(T，K)下的饱和蒸汽压(p，Pa)，并使用克劳修斯—克拉贝龙方程(式1)计算水的平均摩尔汽化焓(ΔvapHm，J·mol-1)，及水的正常沸点。

(1)

其中R为气体常数(8.314 J·mol-1·K-1)。

对式(1)求积分后得：

(2)

可见，以lnp对1/T作图，可获得直线关系，其中斜率为-ΔvapHm/R，由此可获得ΔvapHm。此外，在此直线关系上可推算水的正常沸点。

1.2数据处理

启动Origin 8.0，新建Workbook，在A列和B列分别输入温度和压力差，在空白处点击选择Add New Column增加2个数据列——C(1/T)和D(lnp)，选中C的1至8行，在Column菜单下选择Set Column Values，并在对话框中输入1/(col(A)+273.15)(图1)，点击OK得1/T的数值。同理，选中D列1至8行，在Set Column Values对话框中输入ln(1000*(col(B)+ 96.77))，得lnp。

表1　不同温度下水的饱和蒸汽压(大气压为96.77 kPa)

1.3Origin作图及其数据拟合

图1　应用Origin 8.0进行简单运算

图2　应用Origin 8.0进行线性拟合

2　曲线拟合范例——溶解热的测定

2.1实验原理

(3)

2.2数据处理和Origin作图及其数据拟合

启动Origin 8.0，新建Workbook，在A列输入n0列数据，在B列输入ΔsolHm列数据(表2)，以A列为X轴，B列为Y轴，作散点图。在Analysis菜单下选择Fitting，打开Nonlinear Curve Fit对话框，并在Category选项下选择拟合类别，在Function下选择具体方程，通过Fit Curve 初步确定拟合曲线与散点之间的关系，在Formula获得拟合方程表达式(图3)。

表2　溶解热实验数据记录与处理

注：溶剂为水，质量为216.26 g；电压为4.15 V；电流为0.571 A。

图3　应用Origin 8.0进行曲线拟合

通过上述方式对实验数据进行分析，发现Exponential目录下的Exp3P1和ExpDec2以及Logarithm目录下的Log3P1方程较为合适。对比拟合度可见方程ExpDec2和Log3P1在本次实验结果分析中较为适用。通过拟合得到的方程为：

Exp3P1:

ExpDec2:

(R2=0.9945)

Log3P1:

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

2.3拟合曲线的使用

表3　通过拟合方程计算热效应

表4　通过拟合方程计算积分稀释热

表3、表4为通过ExpDec2和Log3P1两个拟合方程计算得的硝酸钾溶解过程的各种热效应。可见计算得的微分稀释热、积分溶解热和微分溶解热并无太大的差异，但是由于积分稀释热是两个浓度下微分稀释热之间的差值，因此存在一些差异，由此可见平行实验结果的分析需要采用同一个拟合方程。

3　结　语

由以上两个实验范例可见，Origin 8.0 软件在物理化学实验数据处理过程中可兼顾作图、线性拟合、曲线拟合、简单数据处理等功能，具有操作简单、界面清晰、快速、准确、与Excel和word等办公软件兼容性良好等优点。同时，在物理化学实验课堂中开展Origin 8.0 软件教学可很好地激发学生对于实验课程的学习积极性，使学生通过5至10个物化实验项目的数据处理掌握一种科学的数据处理软件，为后续的其他综合性、设计性实验甚至是科研相关工作的开展奠定良好的数据分析基础。

[1]张姝明,王桂香,陈玉焕.物理化学实验教学改革与学生综合能力的培养[J].广州化工,2015,43(15):252-253.

[2]陈玉娟,孙东,王春风,等.浅谈物理化学实验教学中的几点体会[J].实验室科学,2015(04):223-225.

[3]易均辉,莫惠媚,龚福忠,等.巧用Origin软件处理物理化学实验数据[J].实验室研究与探索,2009(08):56-59.

[4]樊玲,尚贞锋,武丽艳.Origin软件在物理化学实验中的应用[J].大学化学,2011(02):41-44.

[5]黄钦.Origin软件在物理化学实验数据处理中的应用[J].广州化工,2012(11):207-208,225.

[6]胡玮,曹红燕.Origin用于物理化学实验数据的非线性拟合[J].大学化学,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

西安医学院校级教改项目(2014JG-17)；国家自然科学基金项目(81302706，21305109)；陕西省大学生创新创业训练计划项目(1757，1649)；西安医学院大学生科研训练基金项目(2015DXS1-12)；西安医学院大学生开放科研实验项目(2015DXS2-19)；西安医学院学科建设经纬资助。

余丽丽(1983-)，女，副教授，博士，教学研究方向：物理化学教学研究。

O646.2,G642.0

A

1001-9677(2016)06-0136-03