賈宏巖（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)測(cè)試研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

Excel在地質(zhì)化學(xué)分析中的幾處應(yīng)用

賈宏巖
（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)測(cè)試研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

【摘 要】應(yīng)用Excel處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可使原本復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過(guò)程變得簡(jiǎn)單、快捷，同時(shí)還可避免因手工繪圖而引入的誤差，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度。本文通過(guò)介紹幾個(gè)典型的數(shù)據(jù)處理過(guò)程來(lái)說(shuō)明如何利用Excel快速處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】Excel；數(shù)據(jù)處理；數(shù)值修約；質(zhì)量控制；標(biāo)準(zhǔn)曲線

Excel是一個(gè)廣為普及的電子表格軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析能力[1]，地質(zhì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中Excel比較常見(jiàn)的用途有原始數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)值的修約、質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及應(yīng)用等。

1　原始數(shù)據(jù)的錄入問(wèn)題

作為常見(jiàn)的辦公數(shù)據(jù)處理軟件，Excel方便數(shù)據(jù)錄入，但易出錯(cuò)，可應(yīng)用Excel自帶功能省去很多瑣碎的數(shù)據(jù)核查工作，同時(shí)能最大限度地降低所錄入數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率。例如：灰?guī)r中氧化鈣的合理含量介于0～56.08%之間，通過(guò)數(shù)據(jù)設(shè)置可以輕松把此區(qū)間以外的錄入數(shù)據(jù)及時(shí)糾正過(guò)來(lái)。具體方法：在打開(kāi)的Excel工作表中，選擇需要設(shè)置的區(qū)域，再單擊“數(shù)據(jù)(D)”功能區(qū)中的“有效性(L)”按鈕，在彈出的“數(shù)據(jù)有效性”對(duì)話框中的“設(shè)置”選項(xiàng)卡下進(jìn)行如下設(shè)置(見(jiàn)圖1)。

圖1　數(shù)據(jù)有效性設(shè)置

點(diǎn)擊“確定”即可。如有非設(shè)定區(qū)間以外的數(shù)據(jù)錄入，則會(huì)彈出如下對(duì)話框來(lái)提示操作者(見(jiàn)圖2)。

圖2　輸入錯(cuò)誤提示

另一種方法是通過(guò)設(shè)置“格式(O)”的“條件格式(D)”，條件為真時(shí)顯示待用格式(單元格底色的變化)來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入錯(cuò)誤。

實(shí)際工作中還會(huì)遇到把區(qū)間以內(nèi)的數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤的情況，簡(jiǎn)單實(shí)用的方法有兩種，都是錄入兩次原始數(shù)據(jù)，一種是直接把兩次數(shù)據(jù)做差看結(jié)果是否為零；另一種方法是用IF語(yǔ)句，判斷分別存放兩個(gè)原始數(shù)據(jù)的單元格內(nèi)的數(shù)值是否相同。如A1和B1兩單元格內(nèi)分別為兩次錄入的同一數(shù)據(jù)，那么可以在C1單元格內(nèi)編輯的公式：=IF(A1=B1,“”，“請(qǐng)檢查”)。這樣當(dāng)A1和B1兩單元格內(nèi)數(shù)據(jù)相同時(shí)單元格C1內(nèi)就空白(無(wú)顯示)；不同時(shí)就顯示“請(qǐng)檢查”。

2　數(shù)值修約問(wèn)題

在直接引用和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算環(huán)節(jié)得到的數(shù)值往往會(huì)多于報(bào)告所需要的有效位數(shù)，而Excel通過(guò)設(shè)置“小數(shù)位數(shù)”并沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效數(shù)字的位數(shù)處理，只是在顯示的時(shí)候按照保留的小數(shù)位數(shù)進(jìn)行顯示，在計(jì)算過(guò)程中仍然按照單元格內(nèi)實(shí)際存放的數(shù)值參與計(jì)算，這就涉及到了數(shù)據(jù)的修約。針對(duì)諸多的數(shù)據(jù)都采用人工判斷、手工改動(dòng)，不但速度慢，而且也非常容易出錯(cuò)。例如：數(shù)值存放在單元格A1中，需要在單元格B1中得到保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字的數(shù)值，如果要求數(shù)值應(yīng)用簡(jiǎn)單“四舍五入原則”，Excel的ROUND函數(shù)可以按指定的位數(shù)對(duì)數(shù)值進(jìn)行四舍五入，只需單元格B1內(nèi)編輯公式：=ROUND (A1,2)，即可完成；即便這樣也還是不能滿足實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)修約要求，因?yàn)楸粡V泛使用的數(shù)值修約還有“四舍六入五留雙規(guī)則”，條件同前，不妨在單元格B1內(nèi)編輯以下任一公式：

公式一：

=IF(MOD(INT(A2*1000),5)=0,IF(MOD(INT (A2*100),2)=0,INT(A2*100)/100,ROUND(A2,2), ROUND(A2,2))

公式二：

=IF(MOD(INT(A2*1000),10)=5,ROUND(A2/ 2,2)*2,ROUND(A2,2))

……

以上兩個(gè)公式都能夠完成預(yù)期修約效果，其實(shí)可以編輯的公式還有很多，不再贅述。

3　質(zhì)量控制問(wèn)題

隨著國(guó)家對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理的重視，DZ/T 0130-2006《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范》的廣泛推行，對(duì)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的儀器配有專(zhuān)門(mén)的質(zhì)控軟件，但在級(jí)別較低的實(shí)驗(yàn)室還需要用其他軟件輔助，其實(shí)Excel完全能夠完成這份工作。例如：在精密度控制指標(biāo)中，巖石礦物試樣化學(xué)成分重復(fù)分析相對(duì)偏差允許限的數(shù)學(xué)模型(不包括貴金屬礦物)為Yc=C×(14.37X-0.1263-7.659)[2]，表格制作如下(見(jiàn)圖3，表1)：

圖3　質(zhì)量控制檢查表圖例

表1　單元格內(nèi)編輯公式

4　標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及應(yīng)用問(wèn)題

分光光度法檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)室常用的檢測(cè)方法之一，其數(shù)據(jù)處理一般采用工作曲線法。傳統(tǒng)坐標(biāo)紙手工繪制標(biāo)準(zhǔn)系列的工作曲線，然后在曲線上由被測(cè)組分吸光值查對(duì)應(yīng)濃度值，曲線繪制和查的過(guò)程存在數(shù)值估讀，影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，費(fèi)時(shí)且誤差大。應(yīng)用Excel對(duì)分光光度法進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，制作工作曲線圖和進(jìn)行吸光度與濃度之間的換算。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，只要在單元格中插入函數(shù)或輸入公式時(shí)，合理地使用單元格相對(duì)引用和單元格絕對(duì)引用，Excel可以將分光光度法數(shù)據(jù)處理分析中的所有數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，并且計(jì)算方法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確[3]。示例如下：

將一組使用contrAA700連續(xù)光源火焰石墨爐原子吸收光譜儀測(cè)得Pb吸光度值與濃度值的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，步驟見(jiàn)表2。

表2　繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)

圖4　由Excel完成的標(biāo)準(zhǔn)曲線

這樣得到的曲線方程y=20.812x2+29.951x +0.0179。把方程系數(shù)20.812、29.951和0.0179分別存放到不同單元格，絕對(duì)引用調(diào)取使用，即應(yīng)用方程系數(shù)用直接代入法把已測(cè)得的未知樣的吸光度值換算得出濃度值，進(jìn)而根據(jù)稱(chēng)樣質(zhì)量、定容體積、稀釋倍數(shù)等相關(guān)量計(jì)算得到百分含量值。這里為了避開(kāi)高次方程求解過(guò)程，繪制的是吸光度(橫坐標(biāo))—濃度(縱坐標(biāo))的工作曲線，所以顯示的公式就不僅僅局限于直線方程，更何況因直接應(yīng)用理想化的直線工作曲線，而忽略因?yàn)閱紊饧兌炔粔?、被測(cè)組分濃度較大等原因所導(dǎo)致濃度與測(cè)定的吸光度不呈線性關(guān)系，為此建議不輕易使用直線方程。特進(jìn)行以下相關(guān)參數(shù)比對(duì)(見(jiàn)表3)。

表3　相關(guān)參數(shù)比對(duì)

原子吸收自帶軟件“非線性”條件下使用一次有理擬合函數(shù)y=(a+bx)/(1+cx)。通過(guò)數(shù)組以上比對(duì)關(guān)系，表中數(shù)據(jù)顯示：兩個(gè)回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2都＞0.995，說(shuō)明每個(gè)方程兩個(gè)變量間有很好的相關(guān)性；同時(shí)根據(jù)同一吸光值得到的濃度值相對(duì)誤差＜0.012%，這是通過(guò)人工繪制曲線法根本無(wú)法達(dá)到的。在儀器比對(duì)實(shí)驗(yàn)中，由可見(jiàn)分光光度計(jì)獲得數(shù)據(jù)使用本法計(jì)算與直接用原子吸收測(cè)定同一樣品鐵含量，其結(jié)果基本相同，甚至完全一致，由此說(shuō)明該方法的可靠性。

利用Excel軟件使繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和處理數(shù)據(jù)這項(xiàng)繁瑣的工作變得極其簡(jiǎn)單方便，便于保存。再次使用時(shí)，只需復(fù)制本模板文檔，更改相關(guān)參數(shù)，即可馬上獲得準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。與傳統(tǒng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)方法相比，可減少人工繪制曲線的工作量和人為誤差。此法具良好的準(zhǔn)確性、很好的實(shí)用性，適于推廣使用。

5　問(wèn)題與討論

(1)為了防止在錄入數(shù)據(jù)時(shí)因操作不當(dāng)改動(dòng)了單元格的設(shè)置而造成結(jié)果出錯(cuò)，可以應(yīng)用Excel提供的保護(hù)功能把包含計(jì)算公式的單元格保護(hù)起來(lái)，從而進(jìn)一步提高工作的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)本法用于可見(jiàn)分光光度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，得到的濃度值其準(zhǔn)確性已得到驗(yàn)證；但經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)本法處理火焰分光光度計(jì)測(cè)定K2O和Na2O時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)隨待測(cè)樣品含量的增加誤差逐漸增大，其結(jié)果偏低，故不能使用本方法。

(3)用文中所述方法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線后計(jì)算時(shí)還應(yīng)注意到，所測(cè)樣品的吸光值是否超出標(biāo)準(zhǔn)曲線的最大吸光值，可應(yīng)用Excel函數(shù)進(jìn)行識(shí)別和控制。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王中華,陳聯(lián)梅,康泰然.Excel在分光光度法回歸分析中的應(yīng)用[J].西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,24(3):360-362.

[2]全國(guó)國(guó)土資源標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析技術(shù)委員會(huì).DZ/T0130-2006地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[3]仵春祺,孫楓,徐宏坤,等.Excel在分光光度法測(cè)定鐵含量數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].分析儀器,2011(5):75-78.

【收稿日期】2015-02-02

【中圖分類(lèi)號(hào)】P624.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386(2015)06-0058-03