2021物理化学实验2：分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数

#作者：王日睿
#中国科学技术大学生命科学学院
#2021.11.3
#物理化学实验：实验02 分光光度法测BPB的电离平衡常数import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import osdef readfile(filename):x, y = [], [] file = open(filename, 'r')count = 0for line in file.readlines():count = count + 1if count >= 2:x.append(float(line[0:6]))y.append(float(line[7:len(line)]))return x, yFILE_PATH = "C:\\Users\\29070\\Desktop\\我的笔记\\物化实验\\分光光度法测BPB的电离平衡常数\\王日睿PB19081616\\王日睿PB19081616"
FILE_NAME = os.listdir(FILE_PATH)
# 顺序依次为：sample 1-7, sample acid, sample baseWaveLength = []
D_Value = [] # 按文件名依次储存在WaveLength[],和D_Valve[]里
PH_list = [3.15, 3.40, 3.60, 3.79, 4.22, 4.39, 4.58]for file in FILE_NAME:x, y = readfile(FILE_PATH + r'\\' + file)WaveLength.append(x)D_Value.append(y)# 找到sample1-7的右边的峰值（为电离后离子的特征峰）
max_list = []
wavelength_list = []
for i in range(7):max_value = max(D_Value[i][:len(D_Value[i])//2])index = D_Value[i].index(max_value)max_list.append(max_value)wavelength_list.append(WaveLength[i][index])
#print(max_list)
#[0.096, 0.15, 0.209, 0.272, 0.421, 0.495, 0.543]
#print(wavelength_list)
#[593.0, 593.0, 593.0, 592.2, 592.4, 592.4, 592.4]
# 将sample_acid 和base的数据也录入
for i in range(7,9):max_value = max(D_Value[i])index = D_Value[i].index(max_value)max_list.append(max_value)wavelength_list.append(WaveLength[i][index])
#print(max_list)
#[0.096, 0.15, 0.209, 0.272, 0.421, 0.495, 0.543, 0.236, 0.693]
#print(wavelength_list)
#[593.0, 593.0, 593.0, 592.2, 592.4, 592.4, 592.4, 438.0, 591.8]# 特征峰可认为是除极酸条件外，其余8种的平均proper_value = (sum(wavelength_list)-wavelength_list[7])/8
#print(proper_value) 592.525
#最接近极酸条件下的592.6nm
proper_wavelength = 592.6
proper_index = WaveLength[7].index(proper_wavelength)
proper_D = D_Value[7][proper_index]#替换该值
wavelength_list[7] = proper_wavelength
max_list[7] = proper_D# 画图
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 用来正常显示负号
fig,ax = plt.subplots(4, 2, figsize=(10, 10), dpi=400)
count = 0
for i in range(4):for j in range(2):ax[i][j].plot(WaveLength[count], D_Value[count])ax[i][j].set_xlabel("波长/nm")ax[i][j].set_ylabel("透光度D")ax[i][j].axvline(wavelength_list[count],ls=":")ax[i][j].annotate(text="(%4.1f,%4.3f)"%(wavelength_list[count],max_list[count]),xy=(wavelength_list[count],max_list[count]),xytext=(wavelength_list[count]+50,max_list[count]-0.05),arrowprops=dict(arrowstyle="->", color="black"))ax[i][j].scatter(wavelength_list[count],max_list[count],color="red")count = count + 1 ax[3][1].plot(WaveLength[8], D_Value[8],color="green",label="极碱条件")
ax[3][1].plot(WaveLength[7], D_Value[7],color="b",label="极酸条件")
ax[3][1].annotate(text="(%4.1f,%4.3f)"%(wavelength_list[8],max_list[8]),xy=(wavelength_list[8],max_list[8]),xytext=(wavelength_list[8]+50,max_list[8]-0.05),arrowprops=dict(arrowstyle="->", color="black"))
ax[3][1].scatter(wavelength_list[8],max_list[8],color="red")
ax[3][1].axvline(wavelength_list[8],ls=":")
ax[3][1].set_title("极酸和极碱条件")
ax[3][1].legend(loc='upper left')count_ = 0
for i in range(3):for j in range(2):ax[i][j].set_title("sample_%d"%(count_+1)+ " " + "pH=%3.2f"%PH_list[count_])count_ = count_ + 1
ax[3][0].set_title("sample %d"%(count_+1)+ " " + "pH=%3.2f"%PH_list[count_])
plt.tight_layout()
plt.savefig("output_1.png")
plt.show()# 对得到的结果进行拟合
import math
from scipy import optimizeD1 = 0.002
D2 = 0.693
y = [math.log((data-D1)/(D2-data),10) for data in max_list[:7]]
x = PH_listdef func(x, k, b):return k * x + bk, b = optimize.curve_fit(func, x, y)[0]
#print(k,b)
#k=0.950320079281087 b=-3.7957755480692774plt.figure(2)
plt.rcParams['text.usetex'] = False
x0 = np.arange(min(PH_list),max(PH_list),0.0001)
y0 = k * x0 + b
plt.plot(x0, y0, color="blue")
plt.scatter(x, y, color="r")
plt.title("$log_{10}(D-D_1)/(D_2-D)-pH$ 拟合曲线")
plt.annotate(text="y=%4.4fx%4.4f"%(k, b), xy=(3.2,0.4), xytext=(3.1,0.5),fontsize=15,color="r")
plt.xlabel("pH",fontsize=15)
plt.savefig("output_2.png")
plt.show()# 计算电离平衡常数
# y=kx+b=pH-pK
# b=-pK
# b=lgpK
# pK = 10^b
K = pow(10, b)
#print(K)
# K=1.60*10^-4

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