科研ABC - 数据图表的绘制
数据图表的绘制
- 1 常用软件
- 1.1 Origin
- 1.2 Matlab
- 1.2.1 一系列的高层绘图函数
- 1.2.2 低层绘图功能
- 1.3 PowerPoint
- 1.4 Photoshop
- 1.5 3DMax
- 2 数据图表制作要求
- 2.1 SCI论文中图片的投稿要求（见投稿期刊指南）
- 2.2 图片常识须知
- 2.2.1 图片的格式与转换
- 2.2.2 图片的分辨率
- 2.2.3 图片的色彩要求
- 2.2.4 其他
- 2.3 常见的表征分析及作图规范
- 2.3.1 X射线衍射作图规范
- 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）
- 2.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）
- 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）
- 2.3.5 电化学测试中的相关作图
- 3 小结
1 常用软件
目前化学、材料领域制图的常用软件包括Origin、Matlab、PowerPoint、Photoshop、3DMax等等。
1.1 Origin
Origin是国际出版界公认的标准数据处理与科学绘图软件。
相比Matlab、Mathmatica和Maple等极其专业的数据分析与作图软件，它界面简单操作容易。
相比于机械式的Excel作图，Origin提供了非常多样的数据图表制作样式和自定义编辑。比如，可以作坐标轴截断图（断点），双横坐标图，多图层图，并且能够合并系列图表等。
1.2 Matlab
数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中。
Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
1.2.1 一系列的高层绘图函数
不需要过多考虑绘图细节，只需要设定一些基本参数就能得到目标图形。
1.2.2 低层绘图功能
直接对图形句柄进行操作。此功能将图形的每个元素（如坐标轴、曲线、文字等）作为一个独立的对象，系统给每个对象分配一个句柄，通过句柄可以对指定的图形元素进行操作，且不影响其他部分。
1.3 PowerPoint
扁平化的作图，比如反应示意图、机理图等（见图6.4）。
在这个过程中，比较难的是素材、图形、文字、颜色的选择与搭配。
和Origin、Matlab一样，PPT不仅可以绘制二维的平面图，也可以绘制三维的立体图（见图6.5）。
备注：“深度”是PPT三维工具中的第一个参数，图形的厚度：
1.4 Photoshop
实现图片的裁剪、组合、排版、上色、注释等操作。
集图像扫描、编辑修改、图像制作、广告创意、图像合成、图像输入/输出、网页制作于一体的专业图形处理软件。
很多时候需要和其他工具进行结合，比如PPT、3D Max、Origin等，先绘制好素材，再在PS中进行组装修饰，共同绘制图表。
1.5 3DMax
3D Max强大的功能完全能满足大部分3D制图的需要，不过学习成果较高，上手困难。
在化工、材料领域应用广泛，常被用于机理图、示意图的绘制。
优点是可以用图形清楚地表示出具有三维属性的元素的空间构型和形貌，帮助作者阐述工作，帮助读者理解工作。
2 数据图表制作要求
- 图表的形式应尽量简洁，所涉及的问题不要过多，所要阐述的问题要很明确
- 图表的设计以展示成果为基础，精准地强调作者的贡献。
- 图表的表述要顾及到读者的理解水平，应具有“自明性”。
备注：
- 数据图表的构成要素可以分为四类：具象的要素、抽象的要素、文字与数字、色彩的要素；
- 图表其实是语言表达的另一种形式，它的“语法”包括字体、字距、字号、线条、色彩；
2.1 SCI论文中图片的投稿要求（见投稿期刊指南）
2.2 图片常识须知
2.2.1 图片的格式与转换
（1）矢量图。称为面向对象的图像或绘图图像，在数学上定义为一系列由线连接的点。它的优势在于文件容量较小，任意缩放或旋转也不会造成图像失真，常用于各种图形、文字及版式设计等。最大的缺点是难以展示出图像的层次色彩及逼真效果。矢量图形格式也很多，如Adobe Illustrator的.ai、.eps和.svg；AutoCAD的.dwg和.dxf 。常见矢量图类型的说明与比较见图。
（2）位图。又称栅格图或点阵图，是使用像素阵列来表示的图像。位图的文件类型很多，如.bmp、.pcx、.gif、.jpg、.tiff，Photoshop的.psd等。常见位图类型的说明与比较见可从这张图看出。
2.2.2 图片的分辨率
（1）分辨率：图像中存储的信息量，对应于每英寸图像内的像素点，分辨率的单位为ppi、dpi。
（2）dpi：打印机、鼠标等设备分辨率的单位，是衡量打印机精度的重要参数。一般来说，该值越大，表明打印机的打印精度越高。
2.2.3 图片的色彩要求
色彩模式：RGB和CMYK。
RGB：用于数码设备上；
CMYK：印刷业通用标准。
原色：是指不能通过其他颜色的混合调配而得到的基本色。即原色可以通过改变比例来形成其他颜色，反之则不然。
三原色：
色光三原色（Red，Green and Blue，RGB，也被称为三基色）
颜料三原色（Cyan，Magenta and Yellow，CMY）
2.2.4 其他
图片的物理尺寸、图片的标注格式、图表的导入等。
2.3 常见的表征分析及作图规范
常见的表征测试方法：核磁共振（ 1 H-NMR、 13 C-NMR）、紫外-可见吸收光谱（UV-VIS）、傅里叶变换红外（FT-IR）、质谱（MS）、拉曼光谱（RS）、气相色谱（GC）、液相色谱（LC）、X光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、电化学分析（电化学工作站）、比表面分析、差热/热重分析（DTA/TG）
2.3.1 X射线衍射作图规范
XRD， 即X-ray diffraction 的缩写，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。
X射线是一种波长很短（约为0.06～20埃）的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
在作图的时候，需要将特征峰的2θ值在图中标出，也可以标出特征峰代表的晶面或元素。作图时根据需要选择间隔大小以及间隔个数。若只是比较峰工业生长位置，可不标出峰强度的具体数值。
在数值较多时，可以用虚线或者其他形式于图中进行标记。纵坐标为Intensity/a.u.，横坐标为2θ/（°），用Times New Roman字体。另外，通过原始数据作出的XRD图，可以根据需要适当的平滑一下。
2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）
挑选的图片需要直观、清晰、有代表性，能够直观地反映本质。作图的时候尽量去掉拍照的时间以及仪器信息。而在对图片进行标号的时候，字体颜色一定要与图片形成反差。
图片的颜色偏黑色，那么字母的颜色便选择用白色，这样才足够清晰。另外，分辨率是SEM和TEM图片最为重要的部分，必须以显性的颜色在图中进行标记。
2.3.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）
FT-IR是光谱学分析方法的一种：
- 注意坐标、标题，还有图中的数字是否清楚；
- 存在多条吸收曲线时，仍然需要用颜色、符号、文字对其进行区分；
- 在不关注吸收的大小时，可以忽略纵坐标的数值，将目标红外光谱与参比的红外光谱放入同一图中，直观地进行峰形、峰位变化的对比；
一般情况下，红外光谱的横坐标（波数）的范围为4000～400 cm-1 （有机物，无机物的出峰范围偏向更小的波数），根据具体的出峰情况，选择性的进行展示。但是在某些特殊情况下，比如只关注某几个峰的变化情况，可以单独截出这一部分峰，做成一个红外吸收光谱图。
2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）
电子材料与元器件显微分析中的一种先进分析技术。它不仅能提供分子结构和原子价态方面的信息，还能用于分析各种化合物的元素组成和含量、化学状态、分子结构、化学键方面的信息。
定性分析，在作图的时候可以不添加纵坐标数据，只进行分峰，对各个小峰进行定性。
定量分析，需要确定各元素的量时，则必须添加纵坐标数据，对峰进行拟合、积分，求得峰面积，进而确定元素的百分比或含量。
另外，由于XPS图谱中，常常可以分出许多元素峰，而有些峰非常之小，如果有必要，可以做一个局部放大图，以便他人阅读。不同的峰应用不同颜色的曲线进行区分，也可用同样的颜色不同的符号进行区分。
2.3.5 电化学测试中的相关作图
电化学分析法是应用电化学原理和技术，利用电解液与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法。循环伏安法是一种常用的电化学研究方法。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并能观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。
需要注意数字、坐标、文字不能过小，影响观看。
在曲线比较多的时候，应适当选择颜色或图标以进行区分。不同的曲线，可以进行标记。比较重要的点、线、峰应进行标注，以在图谱中突出。
3 小结
- 数据图表绘制的常用软件。
- 常用表征测试方法的数据图规范：数据图表的构成要素可以分为四类 ：具象的要素、抽象的要素、文字与数字、色彩的要素。