基于Origin的生物化学实验数据最小二乘处理及图形化

来源 :课程教育研究·新教师教学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:KAI12321
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  摘要:Origin是目前较流行的专业函数绘图软件,是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件,既可以满足一般用户的制图需要,也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。本文将借助这种软件, 结合生物化学总糖测定试验, 介绍实验数据处理的最小二乘法实现,方法简便直观。
  关键词:Origin软件 生物化学实验 最小二乘
  中图分类号:Q5-3
  基金项目:广西教育科学“十二五”规划课题(2011C0028);教育科学研究院级重点立项课题(桂工院教〔2007〕2号)。
  最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配,是处理实验数据常用的方法[1]。与其他常用数据处理方法相比, 最小二乘法得到的结果准确性最高, 误差最小。然而在实际教学过程中, 实施起来却比较困难。虽然也可以通过Excel的“图表工具”和“数据分析”来实现,但是前者的结果中仅给出拟合方程和相关系数的平方值, 其他分析数据较少;后者的结果中数据较多, 学生要能够对过多的数据进行取舍。同时, 图表中只画出了数据点,而没有给出拟合直线, 需要通过后期处理, 才能得到完整的图表。而Origin软件其本身的作图功能最受青睐[2-4],但我们在研究和教学实践中发现其统计分析功能也较完善和实用,尤其在进行线性拟合时,而且学生容易掌握,它的特点是直观!快捷!无需编程。本文将借助这种软件, 结合生物化学实验中的总糖测定试验, 介绍最小二乘法的实现。
  1 实例
  在总糖的测定试验中,通过测得的标准葡萄糖的吸光度数据如表1:
  表1 蒽酮比色法测总糖含量的数据记录表
  由实验原理可知, 吸光度值 y (因变量)与浓度 x(自变量) 满足 y = a+bx 这样的方程。根据方程通过测定样品的吸光度值(y)就可以得到样品中总糖的含量。
  2 利用Origin软件实现最小二乘法处理
  打开 Origin8.0 ,软件会自动建立一个项目( Project ) , 并在该项目下生成一个空的数据表(Worksheet) , 提醒学生在数据输入时,自变量(浓度)所在列要设定为X,因变量(吸光度值)输入Y列中。选中A ( X ) 和B ( Y ) 列, 点击右键, 在弹出的菜单中选择【Plot】 , 再在下一级菜单中选择【Scatter】, 画出数据点。接下来单击菜单命令 【Analysis 】→ 【Fitting 】→ 【Fit Linear ...】, 如图1 所示。在打开的 【Linear Fit】 对话框上单击 【OK】 按钮 (接受默认设置)。程序自动进行最小二乘拟合,得到的拟合曲线如图2所示。相关的分析数据可以在数据表【Linear Fitl】中找到,包含了参与拟合的数据选择、 拟合控制、残差分析、结果报告和绘图等各选项。
  3 结论
  利用Origin 实现最小二乘法处理, 操作简便, 结果全面且不宜出错, 无需复杂编程, 易于学生掌握。近两年在教学中引入了Origin软件的实验环节,师生的反映效果都很好,觉得利用 Origin 对生物化学实验数据进行最小二乘法处理, 方便灵活;配合图形输出结果, 形象直观, 有利于提高实验的效率。
  参考文献:
  [1] 高永祥,用Origin 软件作直线拟合. 电力学报,2013,18(2): 141-142,148.
  [2] 李润明,吴晓明. 图解Origin 8.0科技绘图及数据分析. 北京:人民邮电出版社,2009.
  [3] 姜红霞. Origin软件在生物统计学教学中的应用.陕西教育(高教版), 2009, 3: 82-83.
  [4] 王宇, 胡赟, 曹仲義, 杨祖荣. Origin软件在化工原理实验数据拟合中的应用.实验技术与管理,2010,27(1):86-88,93.
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