第六节　实验数据记录和处理

在分析实验过程中，正确记录测量的各种数据，科学地处理所得数据并正确报告出实验结果，在实验课的学习中应予以足够重视。

一、实验数据的记录

①实验数据的记录应有专门的、预先编有页码的实验记录本。记录实验数据时，本着实事求是和严谨的科学态度，对各种测量数据及有关现象，应认真并及时准确地记录下来。切忌夹杂主观因素随意拼凑或伪造数据。绝不能将数据记录在单片纸或记在书上、手掌上等。

②实验开始之前，应首先记录实验名称、实验日期、实验室气候条件（包括温度、湿度和天气状况等）、仪器型号、测试条件及同组人员的姓名等。

③实验过程中测量数据时，应根据所用仪器的精密度正确记录有效数字的位数。用万分之一分析天平称量时，要求记录至0.0001g；移液管及吸量管的读数，应记录至0.01mL；用分光光度计测量溶液的吸光度时，如吸光度在0.6以下，读数记录至0.001，大于0.6时，读数记录至0.01。

④实验过程中的每一个数据，都是测量结果，重复测量时，即使数据完全相同，也应认真记录下来。

⑤记录过程中，对文字记录，应整齐清洁；对数据记录，应采用一定表格形式，如发现数据算错、测错或读错需要改动时，可将该数据用双斜线划去，在其上方书写正确的数字，并由更改人在数据旁签字。实验记录是原始资料，不能随便涂改，更不能事后凭记忆补写“回忆录”。字迹要工整，内容应简明扼要。

⑥实验完毕，将完整实验数据记录交给试验指导教师检查并签字。

二、实验数据处理和结果表达

实验数据的处理是将测量的数据经科学的数学运算，推断出某量值的真值或导出某些具有规律性结论的整个过程。通常包括实验数据的表达、数据的统计学计算和结果表达。

1.实验数据的表达

数据表达可用列表法、图解法和数学方程表示法显示实验数据间的相互关系、变化趋势等相关信息，清楚地反映出各变量之间的定量关系，以便进一步分析实验现象，得出规律性结论。

（1）列表法　列表法是将有关数据及计算按一定形式列成表格，具有简单明了、便于比较等优点。实验的原始数据一般用列表法记录。

（2）图解法　图解法是将实验数据各变量之间的变化规律绘制成图，能够把变量间的变化趋向，如极大、极小、转折点、周期性以及变化速率等重要特性直观地显示出来，便于进行分析研究。该法现在主要通过计算机相关处理软件进行绘图。

（3）数学方程式表示法　分析实验数据的自变量与因变量之间多呈直线关系，或是经过适当变换后，使之呈现直线关系，通过计算机相关处理软件处理后便得到相应的数学方程式（也叫回归方程）。许多分析方法利用这一特性由数学方程式计算出待测组分的含量。

2.数据的统计学处理

在分析实验中主要涉及的统学处理有可疑值的取舍、平均值、标准偏差和相对标准偏差等，有关计算方法参阅相应教材内容。对于分析结果含量大于1％小于10％时，用3位有效数字表示；含量大于10％，则用4位有效数字表示。

3.结果表达和方法评价

分析结果要根据测量仪器的精密度和计算过程的误差传递规律正确地表达，必要时还要表达其置信区间。方法的正确性要从精密度和准确度两个方面进行评价。精密度可以用重复性试验进行评价，即在一个相当短的时间内，采用选用的方法对同一份样品进行多次（一般最多20次）重复测定，要求其变异系数（相对标准偏差）<5％;准确度可用回收试验进行评价，即将被测物的标准溶液加入到待测试样中作为回收样品，原待测试样中加入等量的无被测物的溶剂作为基础样品，然后同时采用选用方法对两试样进行测定，通过以下公式计算出回收率。

要求回收率为95％～105％。

三、实验报告的书写

实验完毕，应用专门的实验报告本，认真地写出实验报告。分析实验报告一般包括以下内容。

①实验编号和实验名称。

②实验目的。

③实验原理。简要地用文字或化学反应式说明，对特殊仪器的实验装置，应画出流程式和实验装置图。

④主要试剂和仪器。列出实验中所用的主要试剂和仪器。

⑤实验步骤。简明扼要地写出。

⑥实验数据及处理。应用文字、表格、图形将数据表示出来。根据实验要求及计算公式计算出分析结果并进行有关数据和误差处理。

⑦问题讨论。对实验教材上的思考题和实验中观察到的现象、产生的误差等原因进行讨论和分析，以提高自己分析问题和解决问题的能力。

四、Excel在实验数据与误差分析中的应用

对于化学科研工作者或从事与化学实验有关的学生而言，经常要处理大量的实验数据，而以往落后的处理工具和计算方法不仅处理时间长，工作效率低，而且不直观也不准确，早已不适用于现代科研工作。在计算机日益普及的今天，出现了很多方便计算与处理实验数据的工具软件，这些工具软件可以根据一套原始数据，在数据库、公式、函数、图表之间进行数据传递、链接和编辑工作，因而具有可对原始数据进行汇总列表、数据处理、统计计算、绘制图表、回归分析及验证等多项功能，使实验数据及时、有效、准确地进行表达。Excel是微软公司办公软件Microsoft Office的重要组成部分，是世界上使用最普遍的办公软件之一，可以大大提高误差计算和实验数据统计处理工作效率。本书主要介绍Excel在实验数据处理与误差分析中的应用。

1.排序

Q检验等实验数据统计中常需要对数据从小到大或从大到小进行排列，少数数据尚可以手工进行，但当数据量较大时，手工排序就显得非常不便。将数据输入Excel表格中，选中需要排序的数据，如图1-13所示。

点击菜单栏中的“数据”，选择“排序”，在对话框中根据要求选择“升序”或“降序”，点击“确定”即可。

2.常用函数的使用

在数据统计中，经常需要反复进行求平均值、求标准偏差这些运算，Excel中这些常用函数可以直接调用。将数据输入Excel的表格中以后，将光标移入某空白单元格以放置运算结果，如图1-14所示。

点击菜单栏中的“插入”，选择“函数”；或点击菜单栏中的“公式”，选择“插入函数”，如图1-15所示。

点击“插入函数”，弹出“插入函数”对话框，在该对话框中选择所需的计算类别（如常用函数），并用鼠标选中相应的具体函数，如：求和（SUM）、平均值（AVERAGE）、中位数（MEDIAN）、标准偏差（STDEVP）等，然后点击“确定”，此时又会弹出另一“函数参数”对话框，在出现的对话框中单击带红色箭头的按钮，用键盘输入或用鼠标选中的方式将所需运算的原始数据区域加入其中，点击“确定”即可。比如求和（SUM）计算，如图1-16所示。

3.工作曲线的绘制

在紫外-可见分光光度法中，吸光度与浓度呈正比是基本的定量关系，经常需要得到标准溶液的浓度与相应吸光度之间的线性关系并作图，这些功能可以用最小二乘法编程完成，也可以用函数计算器完成，但均不如Excel方便。将实验数据输入数据区中的A（自变量）列和B（因变量）列，并拖动鼠标选中数据区域，如图1-17所示。

从菜单栏里选择“插入”，再依次选择“图表”，如图1-18所示。

单击图表弹出“插入图表”对话框，在该对话框中左侧则会出现“柱形图”、“折线图”、“XY散点图”，一般选择“XY散点图”，用鼠标点击“XY散点图”，在对话框右上侧会出现子图表类型，选中子图表类型，点击“确定”即可绘成散点图，如图1-19所示。

双击或右击图中的坐标轴、图标等任意对象，均可对这些对象进行格式修改。选中图中任意一个的数据点，右击选鼠标弹出一对话框，在该对话框内选择“添加趋势线”，此时的散点图变为直线图，如图1-20所示。

在上述对话框右侧趋势线选项中，选择趋势线类型（如线性最常用）；在趋势线名称中，选择自动；在趋势预测中选中趋势线参数，如显示公式、显示R2值，此时在该图上侧可出现回归方程式（公式）和R2值，如图1-21所示。

图中所有对象的格式均可通过双击对象后出现设置对话框进行更改。

4.滴定曲线的绘制

滴定分析影响因素众多，绘制滴定曲线有利于从宏观上了解滴定的客观过程。绘制步骤与工作曲线绘制基本一致，只需将子图表类型选择为“带平滑线和数据标记的散点图”，无须添加趋势线。其他重复部分不再赘述。

用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定20.00mL浓度为0.1000mol·L-1HCl溶液的过程中相关数据及绘制的滴定分数-pH变化的曲线，如图1-22所示。

五、Origin使用方法简介

1.Origin结构组成

常用Origin由两部分组成，即工作表（Worksheet）和绘图窗口（PlotWindows）。工作表可以迅速进行大量的数据处理及转换。

使用绘图窗口，可以方便地更改图形的外貌，直观地进行数学分析、拟合。绝大多数实验数据的处理可以在Origin上完成，并且其数据处理和绘图可以同时完成。

2.Origin使用方法

①在“开始”菜单中单击Origin程序图标，即可启动Origin。Origin启动后，自动给出名称为Datal的工作表，该工作表有A（X）和B（Y）两列。

②在工作表（Worksheet）中的A（X）列和B（Y）列输入数据，一般默认A列和B列分别为X（自变量）和Y（因变量）数据。

③输入相应数据后，单击绘图（Plot）菜单中的分散（Scatter）命令，或使用工具栏中按钮绘制出散点图。该图形点的形状和大小、坐标轴的形式、数据的范围均可通过用鼠标双击相应位置打开的对话框来调整。

④绘制散点图后，单击分析（Analysis）菜单中的线性拟合（Fit Linear）命令，则在图中产生拟合的曲线。在结果记录（Results Log）窗口给出线性回归求出的参数值，包括斜率、截距、标准偏差、相关系数、数据点个数等。该窗口的内容可以拷贝粘贴到其他程序中或保存为一个文本文件。