Origin在化學(xué)中的應(yīng)用1-10章

./Origin基礎(chǔ)知識(shí)Origin是美國(guó)Microcal公司出的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件,現(xiàn)在的最高版本為7.0.originlab./特點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單,采用直觀的、圖形化的、面向?qū)ο蟮拇翱诓藛魏凸ぞ邫诓僮?全面支持鼠標(biāo)右鍵、支持拖方式繪圖等。兩大類功能：數(shù)據(jù)分析和繪圖。數(shù)據(jù)分析包括數(shù)據(jù)的排序、調(diào)整、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、頻譜變換、曲線擬合等各種完善的數(shù)學(xué)分析功能。準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí),只需選擇所要分析的數(shù)據(jù),然后再選擇響應(yīng)的菜單命令就可.Origin的繪圖是基于膜板的,Origin本身提供了幾十種二維和三維繪圖模板而且允許用戶自己定制模板.繪圖時(shí),只要選擇所需要的膜版就行。用戶可以自定義數(shù)學(xué)函數(shù)、圖形樣式和繪圖模板；可以和各種數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、辦公軟件、圖像處理軟件等方便的連接；可以用C等高級(jí)語(yǔ)言編寫數(shù)據(jù)分析程序,還可以用置的LabTalk語(yǔ)言編程等。一、工作環(huán)境1.1工作環(huán)境綜述類似Office的多文檔界面,主要包括以下幾個(gè)部分：1、菜單欄頂部一般可以實(shí)現(xiàn)大部分功能2、工具欄菜單欄下面一般最常用的功能都可以通過(guò)此實(shí)現(xiàn)3、繪圖區(qū)中部所有工作表、繪圖子窗口等都在此4、項(xiàng)目管理器下部類似資源管理器,可以方便切換各個(gè)窗口等5、狀態(tài)欄底部標(biāo)出當(dāng)前的工作容以及鼠標(biāo)指到某些菜單按鈕時(shí)的說(shuō)明工作表矩陣?yán)L圖1.2菜單欄菜單欄的結(jié)構(gòu)取決于當(dāng)前的活動(dòng)窗口工作表菜單繪圖菜單矩陣窗口菜單簡(jiǎn)要說(shuō)明：File文件功能操作打開文件、輸入輸出數(shù)據(jù)圖形等Edit編輯功能操作包括數(shù)據(jù)和圖像的編輯等,比如復(fù)制粘貼清除等,特別注意undo功能View視圖功能操作控制屏幕顯示,Plot繪圖功能操作主要提供5類功能:1、幾種樣式的二維繪圖功能,包括直線、描點(diǎn)、直線加符號(hào)、特殊線／符號(hào)、條形圖、柱形圖、特殊條形圖／柱形圖和餅圖2、三維繪圖3、氣泡／彩色映射圖、統(tǒng)計(jì)圖和圖形版面布局4、特種繪圖,包括面積圖、極坐標(biāo)圖和向量5、膜板：把選中的工作表數(shù)據(jù)到如繪圖模板Column列功能操作比如設(shè)置列的屬性,增加刪除列等Graph圖形功能操作主要功能包括增加誤差欄、函數(shù)圖、縮放坐標(biāo)軸、交換X、Y軸等Data數(shù)據(jù)功能操作Analysis分析功能操作對(duì)工作表窗口：提取工作表數(shù)據(jù)；行列統(tǒng)計(jì)；排序；數(shù)字信號(hào)處理〔快速傅里葉變換FFT、相關(guān)Corelate、卷積Convolute、解卷Deconvolute；統(tǒng)計(jì)功能〔T－檢驗(yàn)、方差分析〔ANOAV、多元回歸〔MultipleRegression；非線性曲線擬合等對(duì)繪圖窗口：數(shù)學(xué)運(yùn)算；平滑濾波；圖形變換；FFT；線性多項(xiàng)式、非線性曲線等各種擬合方法Plot3D三維繪圖功能操作根據(jù)矩陣?yán)L制各種三維條狀圖、表面圖、等高線等Matrix矩陣功能操作對(duì)矩陣的操作,包括矩陣屬性、維數(shù)和數(shù)值設(shè)置,矩陣轉(zhuǎn)置和取反,矩陣擴(kuò)展和收縮,矩陣平滑和積分等Tools工具功能操作對(duì)工作表窗口：選項(xiàng)控制；工作表腳本；線性、多項(xiàng)式和S曲線擬合對(duì)繪圖窗口：選項(xiàng)控制；層控制；提取峰值；基線和平滑；線性、多項(xiàng)式和S曲線擬合Format格式功能操作對(duì)工作表窗口：菜單格式控制、工作表顯示控制,柵格捕捉、調(diào)色板等對(duì)繪圖窗口：菜單格式控制；圖形頁(yè)面、圖層和線條樣式控制,柵格捕捉,坐標(biāo)軸樣式控制和調(diào)色板等Window窗口功能操作控制窗口顯示Help幫助二、基本操作作圖的一般需要一個(gè)項(xiàng)目Project來(lái)完成,File→New保存項(xiàng)目的缺省后綴為：OPJ自動(dòng)備份功能：Tools→Option→Open／Close選項(xiàng)卡→"BackupProjectBeforeSaving"添加項(xiàng)目：File→Append刷新子窗口：如果修改了工作表或者繪圖子窗口的容,一般會(huì)自動(dòng)刷新,如果沒(méi)有請(qǐng)Window→Refresh第二章簡(jiǎn)單二維圖2-1輸入數(shù)據(jù)一般來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)按照XY坐標(biāo)存為兩列,假設(shè)文件為sindata.dat,如下格式：Xsin<x>

0.00.000

0.10.100

0.20.199

0.30.296

…………輸入數(shù)據(jù)請(qǐng)對(duì)準(zhǔn)data1表格點(diǎn)右鍵調(diào)出如下窗口,然后選擇InportASCII找到sindata.dat文件打開就行2-2、繪制簡(jiǎn)單二維圖按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)選定這兩列數(shù)據(jù),用下圖最下面一排按鈕就可以繪制簡(jiǎn)單的圖形,按從左到右三個(gè)按鈕做出的效果分別如下:2-3設(shè)置列屬性雙擊A列或者點(diǎn)右鍵選則Properties,這里可以設(shè)置一些列的屬性。2-4、數(shù)據(jù)瀏覽DataDisplay動(dòng)態(tài)顯示所選數(shù)據(jù)點(diǎn)或屏幕點(diǎn)的XY坐標(biāo)值DataSelector選擇一段數(shù)據(jù)曲線,作出標(biāo)志一是鼠標(biāo),而是利用Ctrl,Ctrl+Shift與左右箭頭的組合DataReader讀取數(shù)據(jù)曲線上的選定點(diǎn)的XY值ScreenReader讀取繪圖窗口選定點(diǎn)的XY值Enlarger局部放大曲線Zoom縮放注意利用方向鍵,以及與Ctrl和Shift的組合2-5、定制圖形2-5-1定制數(shù)據(jù)曲線用鼠標(biāo)雙擊圖線掉出下面窗口。2-5-2定制坐標(biāo)軸:雙擊坐標(biāo)軸得到,下圖2-5-3添加文本說(shuō)明用左側(cè)按鈕,如果想移動(dòng)位置,可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)。注意利用SymbolMap可以方便的添加特殊字符。做法:在文本編輯狀態(tài)下,點(diǎn)右鍵,然后選擇:SymbolMap。2-5-4添加日期和時(shí)間標(biāo)記Graph工具欄上的2-5-5利用左側(cè)的菜單可以作出很多特殊要求的圖像,比如兩點(diǎn)線段圖三點(diǎn)線段圖等,水平〔垂直階梯圖、樣條曲線圖、垂線圖等下面給出一個(gè)演示,具體的自己捉摸請(qǐng)參看。第三章數(shù)據(jù)管理3-1導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件前面第二章以說(shuō),主要利用Import輸入文件中的數(shù)據(jù),也支持直接數(shù)據(jù)粘貼等。3-2變換數(shù)列在前面的基礎(chǔ)上,增加一列cos<x>,這不需要另算數(shù)據(jù)而利用Origin本身就可以做到請(qǐng)看下面做法：在數(shù)據(jù)表上點(diǎn)右鍵選擇AddNewColumn對(duì)準(zhǔn)A〔Y>列點(diǎn)右鍵選擇SetColumnValues,并設(shè)置下面輸入框中cos<col<x>>,點(diǎn)擊OK得到雙擊A列或者點(diǎn)右鍵選則Properties,這里可以設(shè)置一些列的屬性,下面的左圖并做cos<x>圖,如上面的右圖3-3數(shù)據(jù)排序Origin可以做到單列、多列甚至整個(gè)工作表數(shù)據(jù)排序,命令為"sort…"最為復(fù)雜的是整個(gè)工作表排序,選定整個(gè)工作表的方法是鼠標(biāo)移到工作表左上角的空白方格的右下角變?yōu)樾毕蛳碌募^時(shí)單擊。具體的自己捉摸吧。3-4頻率記數(shù)FrequencyCount統(tǒng)計(jì)一個(gè)數(shù)列或其中一段中數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率做法對(duì)準(zhǔn)某一列或者選定的一段點(diǎn)右鍵FrequencyCountBinCtr數(shù)據(jù)區(qū)間的中心值Count落入該區(qū)間的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),即頻率計(jì)數(shù)值BinEnd數(shù)據(jù)區(qū)間右邊界值Sum頻率計(jì)數(shù)值的累計(jì)和3-5規(guī)格化數(shù)據(jù)選擇某一列,右鍵→Normalize3-6選擇數(shù)據(jù)圍作圖如果想跳到某一行可以用View→GoToRaw〔這里如果發(fā)現(xiàn)你設(shè)定的行之前的都沒(méi)了,這僅僅是沒(méi)顯示出來(lái)而不失刪除了,想要看到的話：Edit→ResetToFullRange找到你想要的開始行,點(diǎn)右鍵→SetAsBegin,同理設(shè)定結(jié)束行,然后作圖。3-7屏蔽曲線中的數(shù)據(jù)點(diǎn)Mask工具欄默認(rèn)不顯示,可以從View→Toolbars設(shè)置出來(lái)。這樣可以用設(shè)置屏蔽區(qū)間或者點(diǎn)的顏色等3-8曲線擬合即用各種曲線擬合數(shù)據(jù),在Analysis菜單里,常用的有線性擬合,多項(xiàng)式擬合等,還可以利用Analysis→Non-LinearCurveFit里的兩個(gè)選項(xiàng)做一些特殊的擬和。默認(rèn)為整條曲線擬合,但可以設(shè)置為部分?jǐn)M和,和mask配合使用會(huì)得到很好的效果。第四章繪制多層圖形圖層是Origin中的一個(gè)很重要的概念,一個(gè)繪圖窗口中可以有多個(gè)圖層,從而可以方便的創(chuàng)建和管理多個(gè)曲線或圖形對(duì)象。4-1打開項(xiàng)目文件例子為\Tutorial\Tutorial_3.opj4-2Origin的多層圖形模板Origin自帶了幾個(gè)多圖層膜板.這些模板允許你能夠在取得數(shù)據(jù)以后,只需單擊"2DGraphsExtended"工具欄上相應(yīng)的命令按鈕,就可以在一個(gè)繪圖窗口把數(shù)據(jù)繪制為多層圖。在項(xiàng)目\Tutorial\Tutorial_3.opj中四哥繪圖窗口即為四個(gè)圖形模板。它們分別為雙Y軸〔DoubleYAxis、水平雙屏〔Horizontal2Panel、垂直雙屏〔Vertical2Panel和四屏〔4Panel圖形模板。雙Y軸圖形模板如果數(shù)據(jù)中有兩個(gè)因變量數(shù)列,它們的自變量數(shù)列數(shù)列相同,那個(gè)可以使用此模板。水平雙屏圖形模板如果數(shù)據(jù)中包含兩組相關(guān)數(shù)列,但是兩組之間沒(méi)有公用的數(shù)列,那么使用水平雙屏形模板。

垂直雙屏圖形模板圖水平雙屏圖形模板的前提類似,只不過(guò)是兩圖的排列不同

四屏圖形模板如果數(shù)據(jù)中包含四組相關(guān)數(shù)列,而且它們之間沒(méi)有公用的數(shù)列,么使用四屏圖形模板。

上述四種膜板再加上九屏圖形模板就是Origin所提供的自帶多圖形模板。4-3在工作表中指定多個(gè)X列對(duì)準(zhǔn)D點(diǎn)右鍵選擇SetAsX設(shè)為X列得到說(shuō)明:默認(rèn)Y與左側(cè)最近的X軸關(guān)聯(lián),也就是BC與A,EF與D關(guān)聯(lián)。4-4創(chuàng)建多層圖形Origun允許用戶自己定制圖形模板。如果你已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)繪圖窗口,并將它存為膜板,以后就可以直接基于此模板繪圖,而不必每次都一步步創(chuàng)建并定制同樣的繪圖窗口。4-4-1創(chuàng)建雙層圖步驟:<1>激活"Layers"的工作表窗口。<2>單擊"sinx"列的標(biāo)題欄,使其高亮,表示該列被選中。<3>作出單層圖<4>在激活Layer窗口的前題下,Tools－》Layer,如下圖,這個(gè)工具包含兩類：Add圖層和Arrange圖層雙擊圖層2做成右上圖那樣,然后OK4-4-2關(guān)聯(lián)坐標(biāo)軸Origin可以在各圖層之間的坐標(biāo)軸建立關(guān)聯(lián),如果改變某一圖層的坐標(biāo)軸比例,那么其它圖層的也相應(yīng)改變。做法雙擊：Layer上的2圖標(biāo),在調(diào)出的Layer對(duì)話框中點(diǎn)LayerProperties,然后選擇LinkAxesScales。4-5存為模板File→SaveTemplateAs,以后就可以用此模板。第五章非線性擬合擬合曲線的目的為要根據(jù)已知數(shù)據(jù)照出響應(yīng)函數(shù)的系數(shù)。5-1使用菜單命令擬合首先激活繪圖窗口,選擇菜單命令A(yù)nalysis,則可以看到名稱含義擬合模型函數(shù)FitLinear

線性擬合y=A+B*xFitPolynomial多項(xiàng)式擬合y=A+B1*x+B2*x^2Fit

ExponentialDecay指數(shù)衰減擬合Fit

ExponentialGrowth指數(shù)增長(zhǎng)擬合FitSigmoidalS擬合,BoltzmannFitGaussionGaussion擬合FitLorentzianLorentzian擬合FitMultipeaks多峰值擬合按照峰值分段擬和,每一段采用Gaussion或者Lorentzian方法NonlinearCurveFit非線性曲線擬合部提供了相當(dāng)豐富的擬合函數(shù),還支持用戶定制5-2使用擬合工具擬合為了給用戶提供更大的擬合控制空間,Origin提供了三種擬合工具,即線性擬合工具、多項(xiàng)式擬合工具、S擬和工具。具體自己去體會(huì)。5-3非線性最小平方擬合NLSF這是Origin提供的功能最強(qiáng)大、使用也最復(fù)雜的擬合工具。方法是Analysis→Non-LinearCurveFit→AdvancedFittingTools或者FittingWizad具體的請(qǐng)自己體會(huì)。高級(jí)模式利用Function→new可以自定義擬合函數(shù)基本模式利用new可以自定義擬合函數(shù)Wizad模式高級(jí)模式中利用Action→Dataset設(shè)置,在基本模式中用SelectDataset設(shè)置。第六章數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析主要包含下面幾個(gè)功能：簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算〔SimpleMath統(tǒng)計(jì)〔Statistics快速傅里葉變換〔FFT平滑和濾波〔SmoothingandFiltering基線和峰值分析<BaselineandPeakAnalysis>6-1簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)來(lái)自Tutorial\Tutorial_1.dat,它的背景是對(duì)同一物理量進(jìn)行三次測(cè)量得到的結(jié)果。為清楚起見我們舍棄三個(gè)誤差數(shù)列,并只繪制中間數(shù)據(jù)段的曲線。6-1-1算術(shù)運(yùn)算這是實(shí)現(xiàn)Y=Y1<+-*/>Y2的運(yùn)算,其中Y和Y1為數(shù)列,Y2為數(shù)列或者數(shù)字。命令為：Analysis→SimpleMath6-1-2減去參考直線激活曲線Test3,Analysis－→Subtrart:StraightLine此時(shí)光標(biāo)自動(dòng)變?yōu)?然后在窗口上雙擊左鍵定起始點(diǎn),然后再在終止點(diǎn)雙擊,此時(shí)會(huì)Test3曲線變?yōu)樵瓉?lái)的減為這條直線后的曲線。6-1-3垂直和水平移動(dòng)垂直移動(dòng)指選定的數(shù)據(jù)曲線沿Y軸垂直移動(dòng)。步驟如下：激活數(shù)據(jù)曲線Test3選擇est3,Analysis→Translate：Vertical這時(shí)光標(biāo)自動(dòng)變?yōu)殡p擊曲線Test3上的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),將其設(shè)為起點(diǎn)。這是光標(biāo)形狀變?yōu)?雙擊屏幕上任意點(diǎn)將其設(shè)為終點(diǎn)。這時(shí)Origin將自動(dòng)計(jì)算起點(diǎn)和重點(diǎn)縱坐標(biāo)的差值,工作表Test3列的值也自動(dòng)更新為原Test3數(shù)列的值加上該差值,同時(shí)曲線Test3也更新。水平移動(dòng)和此類似。6-1-5多條曲線平均多條曲線平均是指在當(dāng)前激活的數(shù)據(jù)曲線的每一個(gè)X坐標(biāo)處,計(jì)算當(dāng)前激活的圖層所有數(shù)據(jù)曲線的Y值的平均值。Analysisi→AverageMultipleCurves這個(gè)不知道那里出了問(wèn)題,我的沒(méi)測(cè)試成功,新曲線沒(méi)有出現(xiàn)。6-1-6插值插值是指在當(dāng)前激活的數(shù)據(jù)曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間利用某種方法估計(jì)信的數(shù)據(jù)點(diǎn)。Analysis→InterpolateandExtrapolate6-1-7微分也就是求當(dāng)前曲線的導(dǎo)數(shù),命令為:Analysis→Calculus:Differentiate6-1-7積分對(duì)當(dāng)前激活的數(shù)據(jù)曲線用梯形法進(jìn)行積分,命令為:Analysis→Calculus:Integrate6-2統(tǒng)計(jì)包括：平均值〔Mean、標(biāo)準(zhǔn)差〔StandardDeviation,Std,SD、標(biāo)準(zhǔn)誤差<StandardErroroftheMean>、最小值〔Minimum、最大值〔Maximum、百分位數(shù)〔Percentiles、直方圖〔Histogram、T檢驗(yàn)〔T-testforOneorTwoPopulations、方差分析〔One-wayANOVA、線性、多項(xiàng)式和多元回歸分析〔Linear、PolynomialandMultipleRegressionAnalysis6-3快速傅里葉變換傅里葉分析把信號(hào)分解成不同頻率的正弦函數(shù)的疊加,在信號(hào)是最重要的最基本的工具之一。一般包括FFT及定制頻譜圖,采樣率,相關(guān)、卷積和去卷積6-4平滑和濾波包括用Savitzky-Golay濾波器平滑,用相鄰平均法平滑,用FFT濾波器平滑,數(shù)字濾波器,如低通、高通、帶通、帶阻和門限濾波器。6-5基線和峰值分析具體存在哪些方法,不多說(shuō),僅僅說(shuō)一下Origin提供用來(lái)讀取圖形窗口上的數(shù)據(jù)和坐標(biāo)的幾個(gè)工具,它們?yōu)?屏幕讀取工具

數(shù)據(jù)讀取工具

數(shù)據(jù)選擇工具利用這些工具可以精確的讀取數(shù)據(jù)等。第七章繪制三維圖形Origin支持三種數(shù)據(jù)類型的三維繪圖功能：XYY工作表數(shù)據(jù)、XYZ工作表數(shù)據(jù)、矩陣數(shù)據(jù),但是三維表面圖只能由矩陣數(shù)據(jù)創(chuàng)建。下面以做一個(gè)最簡(jiǎn)單的正方體為例子說(shuō)明。7-1把工作表轉(zhuǎn)為矩陣7-1-1導(dǎo)入數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)三維數(shù)據(jù)文件,容為XYZ,類似：

xyz

1110

1210

1310

1410

1510

………并把最后一列z<Y>設(shè)置為z<z>。

7-1-2類型轉(zhuǎn)換Origin有幾種轉(zhuǎn)換方法,這需要取決于工作表數(shù)據(jù),對(duì)于此有規(guī)律的數(shù)據(jù),選擇RegularXYZ就行,得到Matrix5工作表<對(duì)例子來(lái)說(shuō)為100X100矩陣>。7-2創(chuàng)建三維表面圖和等高線圖激活矩陣窗口,選擇Plot3D中的相應(yīng)命令,就可以會(huì)出想要的圖。菜單命令含義模板文件3DColorFillSurface三維彩色填充表面圖MESH.OTP3DXConstantwithBase三維X恒定、有基底表面圖XCONST.OTP3DYConstantwithBase三維Y恒定、有基底表面圖YCONST.OTP3DColorMapSurface三維彩色映射表面圖CMAP.OTP3DBars三維條形表面圖3DBARS.OTP3DWireFrame三維線框架面圖WIREFRM.OTP3DWireSurface三維線條表面圖WIREFACE.OTPContour-ColorFill彩色填充等高線圖CONTOUR.OTPContour-B/WLines+Labels黑白線條、具有數(shù)字標(biāo)記的等高線圖CONTLINE.OTPGrayScaleMap灰度映射等高線圖CONTOUR.OTP因?yàn)閿?shù)據(jù)太規(guī)律化,沒(méi)法顯