Origin2015軟件在紅外光譜實驗教學中的應用

張光彥　安俊健

湖北工業大學輕工學部　湖北武漢　430068

Origin2015軟件在紅外光譜實驗教學中的應用

張光彥安俊健

湖北工業大學輕工學部湖北武漢430068

紅外光譜是有機結構分析的重要方法之一。雖然目前紅外檢測設備自帶的軟件具備分析、打印等功能，但不同機構對論文撰寫的圖形要求不一，往往無法滿足要求。鑒于此，以Origin2015為演示版本，通過實例介紹使用Origin軟件繪制紅外光譜圖，并對譜圖進行標峰、疊加對比的方法。

Origin2015；數據處理；紅外光譜

紅外光譜（FT-IR）是分析有機化合物化學結構的重要手段之一。雖然目前的紅外光譜分析儀具備數據采集、結構分析、打印等功能，但所生成文件的格式通常需要特定的軟件打開。而在論文撰寫過程中，為符合學位論文或發表期刊的格式要求，并便于進一步對紅外譜圖結果進行分析對比，往往需要對采集的數據進行二次處理。目前常用的數據處理軟件主要包括Origin，Excel以及SigmaPlot等，其中Origin因其強大的繪圖和數據分析功能而備受廣大化學化工相關專業師生的歡迎［1，2］。本文以紅外光譜數據為實例，采用Origin2015對繪制處理紅外實驗數據的具體方法進行介紹，以期通過本文增強學生對Origin2015的實際運用能力。

1　Origin簡介

Origin是美國OriginLab公司開發的科學繪圖及數據分析軟件，該公司二十多年來一直專注于科學工程領域的應用軟件開發。如今Origin已在科學工程領域得到了廣泛的應用，在國內外各類學術期刊上也可經常看到Origin的身影，目前該軟件的最新版本為Origin2016版［1］。

Origin的主要功能包括圖形繪制、數據擬合、統計分析等。其可繪制的圖形主要包括基于Worksheet（工作表）的散點/線圖、柱/條形圖、多層圖、雙/多坐標軸圖、三元圖、三維XYZ圖等二維和三維圖形、基于Matrix（矩陣）的3D表面圖等和基于Function（函數）的各類二、三維圖形。數據擬合則支持線性擬合、多項式擬合等在內的200余種內置擬合函數，此外還支持用戶通過自定義函數擬合。統計分析則包含標準偏差、統計直方圖、t檢驗等。

2　數據處理

2.1數據轉換

本文所用樣品的紅外譜圖原始數據采用ThermoFisher Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀測試獲得，配套軟件版本為Omnic 8.3.103。Omnic所生成譜圖文件的后綴為“*.spa”。由于Origin2015無法直接打開該類型的文件，因此需要先將其另存為Origin可識別的文件“*.csv”（如圖1所示）。

圖1　SPA譜圖文件轉換成CSV文本

2.2數據導入

打開Origin2015，以工作表為操作對象，通過菜單“File→Import→Comma Delimited （CSV）”調出“CSV”對話框，并選中之前轉換好的文件sample-1.csv，即可將紅外光譜數據導入到選定的工作表內。

3　譜圖繪制

3.1單個紅外譜圖的繪制

譜圖數據成功導入到Origin后，分別在工作表A（X）列的Long Name和Units內輸入X坐標軸的標題“Wavenumbers”和單位“nm”，在B（Y）列的Comments中輸入對應的樣品名稱“Sample-1”（如圖2左側的工作表所示）。

選中兩列數據后，直接繪制線圖（Line），即可紅外譜圖的初圖。然后，依據紅外譜圖的解析習慣，將橫坐標刻度范圍設置為“4 000至450”。最后，再根據需要調整縱坐標透過率（T%）的刻度范圍以便觀察，即可完成單個紅外譜圖的繪制。

圖2　單個紅外譜圖的繪制

3.2譜圖自動標峰

譜圖繪制完成后，進入菜單“Analysis→Peaks and Baseline→Peak Analyzer→Open Dialog”。按照所彈出“Peak Analyzer”對話框提示的步驟依次進行設置。

第1步，設置Goal為Find Peaks。第2步，在“Baseline Mode”中選擇基線模式（最常用的有Straight Line或Constant等）。此外，Origin2015還支持用戶自定義基線，但需用戶自己設置具體的基線參數，該方法尤其適用于非線性的基線。第3步，在“Baseline Treatment”中設置譜圖與基線的比對扣除方式。第4步，在“Find Peaks”中設置Peak Finding Settings尋峰參數、Peak Filtering峰值過濾參數以及Labels and Markers標峰參數等。完成上述設置后，即可得到已標峰的譜圖（如圖3所示），且所有尋獲的峰信息，可通過第4步“Find Peaks”下的“Peaks Info”查看各峰的詳細數據。

圖3　Origin2015紅外譜圖自動標峰

3.3譜圖疊加

由于紅外譜圖的縱坐標為透過率，范圍在0～100%之間。因此，當對多個譜圖進行疊加時，會出現交錯。解決譜圖疊加交錯的常見方法有兩種。一是首先在同一圖層內繪制多個譜圖，然后通過“Column”菜單下的“Set Column Values”，逐一對圖層內各組譜圖的Y值進行整體加減，實現對單個譜圖曲線的上下平移；或對Y值乘以適當的系數，實現對單個譜圖曲線在Y軸方向上的縮放；從而達到將多個譜圖分層錯開的目的。二是將各譜圖分別放置在不同的圖層內，然后通過“Graph”菜單下的“Layer Management”調整各圖層的參數（如：圖層大小、位置、各圖層間的排列方式等），解決譜圖疊加產生的交錯問題。在上述兩種方法中，前者主要是依靠調整數據完成，而后者則主要是依靠圖層管理實現。譜圖分層疊加后的效果如圖4所示。

圖4　多個紅外譜圖的分層疊加效果

3.4譜圖導出

由于不同機構對圖形文件的分辨率、格式、空白邊、顏色模式等要求不同，我們可通過Origin2015的“File→Export Graphs”菜單控制導出圖形的參數。在“Image Type”中設置導出圖片的類型（常用的如：*.tif），在“Margin Control”中設置空白邊，在Resolution中設置分辨率，“Image Size”中設置圖形尺寸等，以獲取符合機構要求的圖形。

4　教學效果

近幾年，我們通過在課堂和實踐教學中引入各類軟件，尤其是在實驗環節中引入Origin等軟件對實驗數據進行分析處理后，不僅大大激發了學生的學習興趣，還為學生大四畢業論文環節打下了良好的基礎。此外，更有學生通過Origin軟件在紅外光譜實驗教學中的應用，擴展到Origin在高分子化學粘度法測定高聚物分子量和化工原理精餾塔理論塔板數計算中的應用。這批學生由于經歷過實際應用，無論對軟件還是對相應教學環節知識的理解都較早前未引入Origin教學的學生更為透徹。因此，這批學生在進入大四畢業論文環節后，約70%能透過軟件獨立完成基礎的分析，同時在論文撰寫和譜圖對比分析方面的質量水平也都得到了明顯提高。

5　結束語

本文通過Origin2015，簡要介紹了如何使用Origin完成對紅外譜圖數據處理繪圖的基本方法，通過合理的設定參數，即可簡易便捷地獲取美觀的圖形和詳細分析結果。

［1］ 何鳳云，楊鳳珠，陳靜.Origin在紫外光譜實驗中的應用［J］.中國現代教育裝備，2010，95（7）：49-51

［2］ 張紅醫，田立楠，石志紅.Origin軟件在計算氫離子平衡濃度方面的應用［J］.化學教育，2015，36（10）：65-69.

［3］ OriginLab.［EB/OL］.http：//www.originlab.com.

The Application of Origin2015 in Fourier Transform Infrared Spectroscopy

Zhang Guangyan， An Junjian
Department of Light Industry， Hubei University of Technology， Wuhan， 430068， China

Fourier transform infrared （FT-IR） spectroscopy is one of the important methods for organic structural analysis. Although FTIR spectrometers have software containing analysis， printing and other functions， the accompanying software can't fully meet the varying requirements from different publishers or organizations. In this text， the methods for drawing FT-IR spectrum， automatic fnding and labeling peaks， and stacking selected spectra were introduced using Origin2015 as example.

origin2015； data processing； infrared spectrum

2016-02-27

張光彥，博士，講師。

湖北工業大學校級教學研究項目（編號：校2014006）。