裘娜

(棗莊學院 化學化工與材料科學學院，山東 棗莊 277160)

0 引言

儀器分析化學實驗多數(shù)在二年級上學期開設(shè)，多數(shù)學生基本上還不具備用計算機處理數(shù)據(jù)的能力，對于簡單實驗數(shù)據(jù)的處理還是依靠傳統(tǒng)的手工計算和坐標紙繪圖相結(jié)合的方式進行.對于大量實驗數(shù)據(jù)，尤其是有些實驗必須用實驗數(shù)據(jù)作圖，利用圖像獲取信息，在這種情況下，即使使用計算器進行計算，對于批量數(shù)據(jù)也不能進行整體校對，只能通過多次演算的辦法確定最終的結(jié)果，并且手工繪圖的方法不僅費時費力而且準確度較差，達不到實驗要求.因此，對學生進行計算機數(shù)據(jù)處理軟件的教學勢在必行.

1 軟件簡介

目前，可以用于數(shù)據(jù)處理的計算機軟件有很多，例如Matlab，Mathmatica和Maple等，也有部分實驗教材介紹了關(guān)于使用CAI教學軟件的內(nèi)容[1,2]，這些軟件可以進行圖形可視化和數(shù)據(jù)分析，功能強大，可滿足科研工作中的多數(shù)需求，但這類軟件都需要一定的計算機編程知識和矩陣知識，并熟悉其中大量的函數(shù)和命令，對于非計算機專業(yè)的大學二年級學生來講，難度較大.除此以外最常見數(shù)據(jù)處理軟件還有Origin、Excel等，只需點擊鼠標，選擇菜單命令就可以完成大部分工作，獲得滿意的結(jié)果.兩者相比較來說各有側(cè)重點，Origin專注于數(shù)據(jù)分析和繪圖，包括數(shù)據(jù)的排序、調(diào)整、計算、統(tǒng)計、頻譜變換、曲線擬合等功能，Excel可以完成制表功能、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)圖表以及數(shù)據(jù)分析.但Excel的在實驗教學中應(yīng)用的優(yōu)勢在于，其功能較為全面，通俗易懂，并且多數(shù)學生已經(jīng)在計算機課程中學習過Excel的基本操作，用它來進行實驗數(shù)據(jù)處理比較容易掌握.

Microsoft Excel是美國微軟公司出品的Office系列辦公軟件中的一個非常出色的電子表格組件，可以用來制作電子表格、利用公式和函數(shù)完成許多復雜的數(shù)據(jù)運算[3,4]，進行數(shù)據(jù)的分析和預測并且具有強大的制作圖表的功能，利用豐富的圖表類型使數(shù)據(jù)顯得更清晰、直觀.

Microsoft Excel先后出現(xiàn)了95、97、2000、XP等版本，近年來隨著計算機的普及，應(yīng)用的較為廣泛的為2003版本，但是作為早期的版本，存在很多的不足，功能區(qū)的節(jié)點層次非常多，給使用者帶來很多的不便，2007版2003版本有了質(zhì)的飛躍，不論從功能界面，還是工作表函數(shù)等，都有新的提高和模塊的增加.Microsoft Excel 2010 是目前Excel應(yīng)用程序的最高版本，它簡化了訪問的功能，能更快更輕松的完成工作，比如何以快速定位正確的數(shù)據(jù)點，創(chuàng)建小型圖表來快速發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢等等，能夠節(jié)省大量的時間.

以往介紹利用Excel軟件處理各種實驗數(shù)據(jù)的相關(guān)文獻均是以2003版甚至是XP版本為基礎(chǔ)的[5～8]，很多操作相對繁瑣，并且具體步驟不適用于現(xiàn)行2010版本.現(xiàn)行部分分析化學教材中，已經(jīng)涉及到部分的應(yīng)用[9]，其優(yōu)點在于，考慮到了在計算機學習中的普遍性與分析化學課程的針對性.但不足之處在于涉及到具體操作步驟時，沒有指明軟件版本，同樣部分操作步驟在2010版本中不適用.

本文以有機化合物的紫外吸收光譜及溶液性質(zhì)對吸收光譜的影響實驗為例，主要介紹基于Microsoft Excel 2010版本的儀器分析化學實驗數(shù)據(jù)的處理與分析，與廣大學生使用的版本同步，因此具有一定的實際意義.

2 實驗及數(shù)據(jù)獲得過程

2.1 實驗原理[10]

具有不飽和結(jié)構(gòu)的有機化合物，由于吸收紫外光子的能量，其分子外層電子發(fā)生能級躍遷，如芳香族化合物，在紫外區(qū)(200～400 nm)有特征的吸收，為有機化合物的鑒定提供了有用的信息.

紫外吸收光譜定性的方法是比較未知物與已知純樣品在相同條件下繪制的吸收光譜，或?qū)⒗L制的未知物吸收光譜與標準譜圖(如Sadtler譜圖)相比較，若兩光譜圖的λmax和κmax相同，表明它們是同一有機化合物.

極性溶劑對有機物的紫外吸收光譜的吸收峰波長、強度及形狀有一定的影響.溶劑極性增加，使n→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶藍移，而π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶紅移.

2.2 實驗儀器與試劑

722型紫外-可見分光光度計，帶蓋石英吸收池2只(1cm)，苯、乙醇、正己烷、氯仿、丁酮.

2.3 實驗步驟

2.3.1 苯的吸收光譜的測繪

在1 cm的石英比色皿中，加入2滴苯，加蓋，用手心溫熱吸收池底部片刻，在紫外分光光度計上，以空白石英比色皿為參比，在220～360 nm范圍內(nèi)進行波長掃描，繪制吸收光譜.

2.3.2 乙醇中雜質(zhì)苯的檢查

用l cm石英比色皿，以乙醇為參比溶液，在230～280 nm波長范圍內(nèi)測繪乙醇試樣的吸收光譜，并確定是否存在苯的B吸收帶，以判斷苯雜質(zhì)的存在與否.

3 利用制作吸收曲線的方法

3.1 創(chuàng)建新文件

首先打開應(yīng)用程序，選擇“文件”菜單下的“新建”命令，在“可用模板”中選擇“空白工作薄”.根據(jù)實驗按圖1輸入相應(yīng)數(shù)據(jù).

圖1 數(shù)據(jù)輸入格式示例

3.2 插入吸收曲線圖

選定B2：EL3區(qū)域，選擇“插入”菜單中的“圖表”欄中的“散點圖”命令，在下拉菜單中選擇“帶平滑線和數(shù)據(jù)標記的散點圖”，隨即就會在所選B2：EL3區(qū)域下方出現(xiàn)所選圖表類型.本例中圖表如圖2.

圖2 吸收曲線圖-1

3.3 曲線的處理

吸收曲線做好后，為了使曲線更加簡潔明了，需要對其進行修改.

3.3.1 坐標軸選項

首先雙擊橫坐標坐標軸上任意數(shù)字，然后在跳出的對話框中選擇“坐標軸選項”，根據(jù)數(shù)據(jù)的分布選擇合適的最小值、最大值、主要刻度單位、次要刻度單位等內(nèi)容.點擊“關(guān)閉”，原表格的坐標軸選項更改.更改后圖形如圖3.

圖3 吸收曲線圖-2

3.3.2 網(wǎng)格線修改

把鼠標移至某條需要更改的網(wǎng)格線，此時顯示“垂直軸主要網(wǎng)格線”，按右鍵彈出快捷菜單，選擇“設(shè)置網(wǎng)格線格式”命令后彈出對話框，選擇“線條顏色”中“無線條”選項，點擊“關(guān)閉”，則網(wǎng)格線消失.更改后圖形如圖4.

圖4 吸收曲線圖-3

3.3.3 數(shù)據(jù)點格式

把鼠標移至某個曲線上的數(shù)據(jù)，此時顯示該點的數(shù)值，按右鍵彈出快捷菜單，選擇“設(shè)置數(shù)據(jù)點格式”命令后彈出對話框，在數(shù)據(jù)標記選項中選擇“無”，并點擊“關(guān)閉”，則曲線變成一條平滑線.更改后圖形如圖5.

圖5 吸收曲線圖-4

3.3.4 增加坐標軸標題

點擊設(shè)計菜單，在圖表布局欄內(nèi)選擇自己需要的類型，此例中選擇“布局一”.雙擊需要更改的內(nèi)容進行修改，此例中“圖表標題”改為“苯的吸收曲線”，縱坐標的“坐標軸標題”改為“吸光度”，橫坐標的“坐標軸標題”改為“波長nm”.其他圖例如不需要可點擊Delete刪除.更改后圖形如圖6.

圖6 吸收曲線圖-5

3.4 保存及使用

按需要修改好所有項目后，如圖7，選擇“文件”菜單下的“保存”命令進行保存.

圖7 苯的吸收曲線

若進行多次平行實驗，對所得多次實驗數(shù)據(jù)，可將數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)進行修改，吸收曲線隨數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)而改變形狀.若將此文件存為模板，其他類似實驗的數(shù)據(jù)均可如此處理.

乙醇中雜質(zhì)苯的檢查，分別測定乙醇以及含有雜質(zhì)苯的乙醇試樣，并按照上述方法繪制吸收曲線，確定是否存在苯的B吸收帶，以判斷苯雜質(zhì)的存在與否.

4 結(jié)論與建議

利用軟件的強大的公式、函數(shù)以及圖表功能，可以快速準確的完成部分儀器分析化學實驗的數(shù)據(jù)處理，分析結(jié)果精確度高，方法簡便可行，具有一定的使用價值.

在實際的教學過程中，要隨時根據(jù)學生使用軟件的習慣來調(diào)整相應(yīng)的教學內(nèi)容，并且針對軟件的適用時間，建議把此部分的教學內(nèi)容從化學分析調(diào)整到儀器分析中講授，做到即學即用，印象深刻，達到最佳的教學效果.

在用excel進行實驗數(shù)據(jù)處理時，不必每次都要輸入許多公式，可將原數(shù)據(jù)處理文檔保存起來，以后只需在相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)域里輸入新的數(shù)據(jù)即可得到所需的結(jié)果，即輸即得，一目了然.

參考文獻

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