光譜化學介紹

利用物質發射的輻射能或輻射能與物質相互作用來研究物質的組成及其含量和化學結構的科學。

有原子光譜、分子光譜、X射線光譜以及核磁共振和順磁共振譜等。

科學

科學簡介

是人類的分門別類的學問。

科學 是由人類感知的自然現象，通過觀察、抽象、總結形成家教個性論說，再形成有因果系統的宗教共性論說，再通過設置實驗環境、證明宗教論說的真假、形成有因果系統的科學個性結論，再形成有因果系統的科學共性結論，進而形成有因果系統的有實驗共性結論的可重復驗證的學問，這就是科學。

科學 是技術之母。科學 是知識體系。科學 不是生產力;但它可以提高生產力。如，著名的科學結論“杠桿原理”一樣。它不是生產力;但它可以提高生產力。

科學 是在“科學家”使用“明確”、“具體”、“可操作”、“有數據”、“有算法”、“有責任”的“動力”及其在“時間”、“地點”、“人物”、“事件”、“內容”、“意義”充分的“技術”條件和“物質”條件下進行的“實驗行為”及其通過實驗得出的“科學”和“技術”“結論”。

——張悉妮“科學”實驗室 最新科研成果

科學一詞的來源

科學一詞，英文為science，源于拉丁文的scio，后來又演變為scientin，最后成了今天的寫法，其本意是“知識”、“學問”。日本著名科學啟蒙大師福澤瑜吉把“science”譯為“科學”[香港創業學院院長張世平：即分類的“知識”、“學問”]。到了1893年，康有為引進并使用“科學”二字。嚴復在翻譯《天演論》等科學著作時，也用“科學”二字。此后，“科學”二字便在中國廣泛運用。

為什么這么稱呼呢?science的本來含義是系統知識，我想也許這樣，科學在十九世紀已是一個非常龐大的知識體系了，它已分得非常細了，即分成許多許多專業，而這些專業知識又不象其它知識那樣是互不聯系的。除了專業概念外，基礎概念是一致的，基本方法也是一樣的，“科”的意思是分類或層次條理的意思，所以我自認為science 對應“科學”還是比較合適的。

中國古代的關于科學的起源，比如各類經典的經書都是關于科學規律的探索的信息記錄!古代的祖沖之的數學圓周率、張衡的地動儀、漢朝的指南車和指南針等，黃帝內經就是典型的醫學大成!是中國上古社會的科學巨著!但是就科學這個字眼來說，也許還是舶來品!

中國的成語“名不見經傳”，實際上就是告訴我們說所有的經和傳等都是關于中國古代人類社會的科學探索紀錄!自司馬遷開始，根據歷史經傳編著史記，記錄了漢朝以前的所有的可識別的文字信息歷史紀錄!這些都是自然科學和社會科學的巨著!

科學的基本定義

基本定義——科學是崇尚真理和真實的人們的，永無止境地探索、實踐，階段性地趨于逼近真理，階段性地解釋和揭示真理的階段性、發展性、歷史性、辯證性、普遍性、特殊性、信息性等特點，盡可能不包含自相矛盾的知識體系,且是一項永遠造福人類社會的高尚事業。

科學,應該是五個方面的內容:第一,科學就是知識。第二，科學不是一般零散的知識，它是理論化、系統化的知識體系。第三，科學是人類和科學家群體、科學共同體對自然、對社會、對人類自身規律性的認識活動。第四，在現代社會，科學還是一種建制。第五，科學技術是生產力，科學技術是第一生產力。

科學的誕生和人類的歷史一樣久遠。我們人類在地球上生活了700萬年，據考古發現，大約距今30萬年前，原始人就在制造石器的過程中，開始了認識自然、改造自然的活動。在距今一兩萬年前，原始人發明了新的勞動工具—弓箭。弓箭的發明人對人類社會的發展和科技的進步有著十分重要的作用。一方面利用弓箭有組織地狩獵，提高了生產效率，而剩余的獵物則被飼養起來，使人類由狩獵進入畜牧的時代;另一方面利用弓弦繞鉆桿打孔的方法鉆木取火，又發明了摩擦生熱的制火技術，不僅極大的提高了人類的生活質量，而且增加了生產的手段;用火煉制粘土，發明了制陶技術;用火熔化銅和鐵，制造出金屬農具，使人類結束了一萬多年的遷徙不定的生活，進入自給自足的農業社會，從而開始了人類五千年的文明史。

通俗地說，科學是一種態度、觀點、方法!同時，科學的東西本身具有悖論!也就是說，不同的專業學科的東西很容易被混淆和認為是矛盾的!其實，它反映了科學地認識事物的不同的多個復雜方面!

只要是從事科學技術工作的同志都十分清楚，開始的概念的建立和假說以及假定非常艱難!所以，對于科學本身的原始概念來說，對于世界上任何一位頂尖的科學家來說，都是很困難的!所以，給出科學的基本定義需要膽量!需要膽識!還需要深深關注人類命運的高度境界!

實際上，在此以前，由于科學一詞從來就沒有嚴格定義過，所以會引起一系列的混亂和無謂的爭論。比如：中國古代有沒有科學?中醫是否是科學?科學與偽科學的區別是什么?科學與宗教的區別是什么?等等。而這些問題又是非常非常吸引人的問題。所以時代要求我們盡早地給出恰當的定義以解決這些爭議。

該定義中“逼近真理的盡可能不包含自相矛盾的”該定語是自己加進去的，原因是為了明確科學的涵義，即明確科學是一個怎樣的知識體系(我至今為止不明白為什么很多書上為什么不敢明確地加上它)。其中“矛盾”當然是指邏輯矛盾。

“知識體系”是人們對科學的最初認識。作為一種非常實用的知識，最重要的就是有很高的條理性和結構。這一點，任何一本經典著作都多少具有這種特色，古代最著名的要數《幾何原本》了。中國的古典著作中最有條理的，也許是我不學無術，自認為對我影響最大的是《橘中秘》(一本棋書)。不過科學這種知識體系已不象某些知識體系那樣規模那么小，討論范圍那么窄了，而是一個非常龐大的知識體系，其野心甚至企圖包羅萬象無所不及。這么大的體系仍要保持很強的條理和結構，這就顯得與眾不同了。但知識體系并不只有科學一種，所以必需明確科學是怎樣的知識體系。定義中前面部分給出了限定，跳過一段再討論。

很早有人就認識到了科學是一項造福人類的社會事業，但其意義是隨時代發展進一步深化的。而這也是缺少教育的人們不易理解的。知識表現在書本里怎么又是一種社會活動呢?不能被別人理解，不能被別人重復驗證，這本身就不叫知識，為什么還要強調其社會性呢?這是因為科學對知識的認識要遠遠比其它對其的認識嚴格。不管對巫師、宗教徒、平民還是科學家來說，知識都是指正確的陳述，正確的預見，即知識就是人認為的“真理”。但只有科學家才非常嚴格地審視“真理”。不光要看它的初始語句(常稱為公理)是否來源于直覺、實驗或有充分理由，而且嚴密地審查推導過程中的任何細節，并考查其任一導出結論是否與實驗或生活經驗相沖突。而這一系列工作都不是沒有受過科學訓練的人能做的，因此需要教育，需要許多的科學家的共同勞動，也需要廣大民眾的理解和各方面的支持。隨著科學的越來越發達，科學的復雜程度越高，其社會性也就越強。

“逼近真理”是強調科學的特質，與其它相比，科學最強調懷疑和創新，因為科學是以不存在先知先覺為前提的。同時科學也非常強調繼承和借鑒!認為所有知識都是人對客觀世界的認識，雖然科學追求的是主客觀世界的統一，但畢竟主觀世界與客觀存在并不是一回事，知識再正確，也只是逼近對世界的描述，而不就是客觀世界。比如說：理想氣體模型它能非常好的描述在常溫常壓下的氧氣、氮氣和二氧化碳等氣體，是因為這些氣體分子的線度遠小于它們之間的距離。而范德瓦爾斯對理想氣體模型的修正也只是近似的描述象水蒸氣那樣的真實氣體。科學家們懂得他們的理論一開始就是近似，所以他們從未指望從其理論導出的結論與真實世界無絲毫誤差。所有的知識是人造的，是主觀世界的產物，即使存在外星人，也只可能是比地球人更進化而已，他們也會有錯。自然界的秘密存在于自然界本身，自然界以其自身的多樣特點表現自己，但不會以文字形式借上帝之口明白地表達出來。可見用“最逼近真理”這一詞項既強調科學的嚴密性，又強調了科學對世界的認識意義。

“盡可能不包含自相矛盾”該定語反映了科學對完美的追求，強調了科學也有個成長過程。普通人犯錯誤是經常的，偉人也會犯錯誤，象牛頓、愛因斯坦和馬克思這樣最受人尊敬的人物也有錯誤的理論。羅素的著作中，經常描寫偉人的自相矛盾，比如，提倡用節育手段控制人口的馬爾薩斯四年內添三個孩子;提倡無為的叔本華對晚來的榮譽欣喜若狂;被稱為實驗科學的始祖的培根則不知道為他治病的哈維發明血液大循環理論。偉人尚且如此，那么集所有偉人智慧的科學內容要想沒有一點自相矛盾的暇點則十分困難，而且體系越大越難以沒有錯誤，特別是新學科，需要時間的檢驗。任何科學都有個成熟的過程。另外，隨著時代的發展，原有的科學也許是某種情境下的近似，在無限推廣時就可能出現矛盾，而科學決不會裝作沒有看見，必定要去解決這一矛盾，使科學向前邁進。由邁克爾遜實驗引起的相對論、由黑體輻射實驗引起的量子力學以及理發師悖論引起的數學革命，正是排除了那些自相矛盾后發展起來的。

《科學》期刊

該雜志于1880年由愛迪生投資1萬美元創辦，于1894年成為美國最大的科學團體“美國科學促進會”——American Association for the Advancement of Science (AAAS)的官方刊物。全年共51期，為周刊，全球發行量超過150萬份。

多數科技期刊都要向讀者收取審稿、評論、發表的相關費用。但《科學》雜志發表來稿是免費的。其雜志的資金來源共有三部分:AAAS的會員費、印刷版和在線版的訂閱費、廣告費。

《科學》雜志屬于綜合性科學雜志，它的科學新聞報道、綜述、分析、書評等部分，都是權威的科普資料，該雜志也適合一般讀者閱讀。“發展科學，服務社會”是AAAS也是《科學》雜志的宗旨。

在全球，《科學》雜志的主要對手為英國倫敦的《自然》雜志，該雜志創辦于1869年，曾發表了大量的達爾文、赫胥黎等大師的文章。21世紀的 前4年中，二者為率先發表人類基因排列的圖譜而激烈競爭。

《科學》雜志的主編唐納德·科尼迪畢業于哈佛大學，博士學位,為斯坦福大學第八任校長，著名的環境科學教授。

《科學》雜志官方網址：http://www.sciencemag.org Science Magazine, an International weekly science journal, is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS), with assistance of Stanford University‘s HighWire Press.

《辭海》對“科學”的解釋

科學是運用范疇、定理、定律等思維形式反映現實世界各種現象的本質和規律的知識體系，是社會意識形態之一。

按研究對象的不同可分為自然科學、社會科學和思維科學，以及總結和貫穿于三個領域的哲學和數學。

按與實踐的不同聯系可分為理論科學、技術科學、應用科學等。

科學來源于社會實踐，服務于社會實踐。它是一種在歷史上起推動作用的革命力量。在現代，科學技術是第一生產力。科學的發展和作用受社會條件的制約。現代科學正沿著學科高度分化和高度綜合的方向蓬勃發展。

科學作為形容詞的解釋

合乎科學的。例：①這種方法很科學;②科學共產主義;③科學發展觀。

與科學相關的課程

物理學 化學 地理學 天文學 生物學 數學 醫學

化學

化學(chemistry)是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學。世界是由物質組成的，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它的成就是社會文明的重要標志。

從開始用火的原始社會，到使用各種人造物質的現代社會，人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學的貢獻在其中起了重要的作用。

化學是重要的基礎科學之一，在與物理學、生物學、自然地理學、天文學等學科的相互滲透中，得到了迅速的發展，也推動了其他學科和技術的發展。例如，核酸化學的研究成果使今天的生物學從細胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學;對地球、月球和其他星體的化學成分的分析，得出了元素分布的規律，發現了星際空間有簡單化和物的存在，為天體演化和現代宇宙學提供了實驗數據，還豐富了自然辯證法的內容!

【化學的萌芽】

原始人類從用火之時開始，由野蠻進入文明，同時也就開始了用化學方法認識和改造天然物質。燃燒就是一種化學現象。掌握了火以后，人類開始熟食;逐步學會了制陶、冶煉;以后又懂得了釀造、染色等等。這些有天然物質加工改造而成的制品，成為古代文明的標志。在這些生產實踐的基礎上，萌發了古代化學知識。

古人曾根據物質的某些性質對物質進行分類，并企圖追溯其本原及其變化規律。公元前4世紀或更早，中國提出了陰陽五行學說，認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質組合而成的，而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。此說法是樸素的唯物主義自然觀，用“陰陽”這個概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質勢力，認為二者的相互作用是一切自然現象變化的根源。此說為中國煉丹術的理論基礎之一。

公元前4世紀，希臘也提出了與五行學說類似的火、風、土、水四元素說和古代原子論。這些樸素的元素思想，即為物質結構及其變化理論的萌芽。后來在中國出現了煉丹術，到了公元前2世紀的秦漢時代，煉丹術以頗為盛行，大致在公元7世紀傳到阿拉伯國家，與古希臘哲學相融合而形成阿拉伯煉丹術，阿拉伯煉金術與中世紀傳入歐洲，形成歐洲煉金術，后逐步演進為近代的化學。

煉丹術的指導思想是深信物質能轉化，試圖在煉丹爐中人工合成金銀或修煉長生不老之藥。他們有目的的將各類物質搭配燒煉，進行實驗。為此涉及了研究物質變化用的各類器皿，如升華器、蒸餾器、研缽等，也創造了各種實驗方法，如研磨、混合、溶解、潔凈、灼燒、熔融、升華、密封等。

與此同時，進一步分類研究了各種物質的性質，特別是相互反應的性能。這些都為近代化學的產生奠定了基礎，許多器具和方法經過改進后，仍然在今天的化學實驗中沿用。煉丹家在實驗過程中發明了火藥，發現了若干元素，制成了某些合金，還制出和提純了許多化合物，這些成果我們至今仍在利用。

【化學的中興】

16世紀開始，歐洲工業生產蓬勃興起，推動了醫藥化學和冶金化學的創立和發展，使煉金術轉向生活和實際應用，繼而更加注意物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立后，通過對燃燒現象的精密實驗研究，建立了科學的氧化理論和質量守恒定律，隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，為化學進一步科學的發展奠定了基礎。

19世紀初，建立了近代原子論，突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個主要區別。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋，成為說明化學現象的統一理論。分子假說提出了，建立了原子分子學說，為物質結構的研究奠定了基礎。門捷列夫發現元素周期律后，不僅初步形成了無機化學的體系，并且與原子分子學說一起形成化學理論體系。

通過對礦物的分析，發現了許多新元素，加上對原子分子學說的實驗驗證，經典性的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產生、苯的六環結構和碳價鍵四面體等學說的創立、酒石酸拆分成旋光異構體，以及分子的不對稱性等等的發現，導致有機化學結構理論的建立，使人們對分子本質的認識更加深入，并奠定了有機化學的基礎。

19世紀下半葉，熱力學等物理學理論以入化學之后，不僅澄清了化學平衡和反應速率的概念，而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生，把化學從理論上提高到一個新的水平。

二十世紀的化學化學是一門建立在實驗基礎上的科學，實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以后，由于受到自然科學其他學科發展的影響，并廣泛地應用了當代科學的理論、技術和方法，化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產生了新的化學分支學科。

近代物理的理論和技術、數學方法及計算機技術在化學中的應用，對現代化學的發展起了很大的推動作用。19世紀末，電子、X射現和放射性的發現為化學在20世紀的重大進展創造了條件。

在結構化學方面，由于電子的發現開始并確立的現代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對元素周期表的認識，而且發展了分子理論。應用量子力學研究分子結構，產生了量子化學。

從氫分子結構的研究開始，逐步揭示了化學鍵的本質，先后創立了價鍵理論、分子軌道理論和佩位場理論。化學反應理論也隨著深入到微觀境界。應用X射現作為研究物質結構的新分析手段，可以洞察物質的晶體化學結構。測定化學立體結構的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應用所積累的精密分子立體結構信息最多。

研究物質結構的譜學方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等，與計算機聯用后，積累大量物質結構與性能相關的資料，正由經驗向理論發展。電子顯微鏡放大倍數不斷提高，人們以可直接觀察分子的結構。

經典的元素學說由于放射性的發現而產生深刻的變革。從放射性衰變理論的創立、同位素的發現到人工核反應和核裂變的實現、氘的發現、中子和正電子及其它基本粒子的發現，不僅是人類的認識深入到亞原子層次，而且創立了相應的實驗方法和理論;不僅實現了古代煉丹家轉變元素的思想，而且改變了人的宇宙觀。

作為20世紀的時代標志，人類開始掌握和使用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產生，并迅速發展;同位素地質學、同位素宇宙化學等交叉學科接踵誕生。元素周期表擴充了，以有109號元素，并且正在探索超重元素以驗證元素“穩定島假說”。與現代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關的核素年齡測定等工作，都在不斷補充和更新元素的觀念。

在化學反應理論方面，由于對分子結構和化學鍵的認識的提高，經典的、統計的反應理論以進一步深化，在過渡態理論建立后，逐漸向微觀的反應理論發展，用分子軌道理論研究微觀的反應機理，并逐漸建立了分子軌道對稱守恒定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術的應用，使得對不穩定化學物種的檢測和研究成為現實，從而化學動力學已有可能從經典的、統計的宏觀動力學深入到單個分子或原子水平的微觀反應動力學。

計算機技術的發展，使得分子、電子結構和化學反映的量子化學計算、化學統計、化學模式識別，以及大規模術技的處理和綜合等方面，都得到較大的進展，有的已經逐步進入化學教育之中。關于催化作用的研究，以提出了各種模型和理論，從無機催化進入有機催化和僧物催化，開始從分子微觀結構和尺寸的角度核生物物理有機化學的角度，來研究酶類的作用和酶類的結構與其功能的關系。

分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。一方面，經典的成分和組成分析方法仍在不斷改進，分析靈敏度從常量發展到微量、超微量、痕量;另一方面，發展初許多新的分析方法，可深入到進行結構分析，構象測定，同位素測定，各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定，以及對短壽命亞穩態分子的檢測等。分離技術也不斷革新，離子交換、膜技術、色譜法等等。

合成各種物質，是化學研究的目的之一。在無機合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不僅開創了無機合成工業，而且帶動了催化化學，發展了化學熱力學和反應動力學。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體、超導材料和二茂鐵等配位化合物。

在電子技術、核工業、航天技術等現代工業技術的推動下，各種超純物質、新型化合物和特殊需要的材料的生產技術都得到了較大發展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學家提出了新的挑戰，需要對零族元素的化學性質重新加以研究。無機化學在與有機化學、生物化學、物理化學等學科相互滲透中產生了有機金屬化學、生物無機化學、無機固體化學等新興學科。

酚醛樹脂的合成，開辟了高分子科學領域。20世紀30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認。后來，高分子的合成、結構和性能研究、應用三方面保持互相配合和促進，使高分子化學得以迅速發展。

各種高分子材料合成和應用，為現代工農業、交通運輸、醫療衛生、軍事技術，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優異而成本較低的重要材料，成為現代物質文明的重要標志。高分子工業發展為化學工業的重要支柱。

20世紀是有機合成的黃金時代。化學的分離手段和結構分析方法已經有了很大發展，許多天然有機化合物的結構問題紛紛獲得圓滿解決，還發現了許多新的重要的有機反應和專一性有機試劑，在此基礎上，精細有機合成，特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。

一方面，合成了各種有特種結構和特種性能的有機化合物;另一方面，合成了從不穩定的自由基到有生物活性的蛋白質、核酸等生命基礎物質。有機化學家還合成了有復雜結構的天然有機化合物和有特效的藥物。這些成就對促進科學的發展起了巨大的作用;為合成有高度生物活性的物質，并與其他學科協同解決有生命物質的合成問題及解決前生命物質的化學問題等，提供了有利的條件。

20世紀以來，化學發展的趨勢可以歸納為：有宏觀向微觀、有定性向定量、有穩定態向亞穩定態發展，由經驗逐漸上升到理論，再用于指導設計和開創新的研究。一方面，為生產和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料;另一方面，在與其它自然科學相互滲透的進程中不斷產生新學科，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發展。

【化學的學科分類】

化學在發展過程中，依照所研究的分子類別和研究手段、目的、任務的不同，派生出不同層次的許多分支。在20世紀20年代以前，化學傳統地分為無機化學、有機化學、物理化學和分析化學四個分支。20年代以后，由于世界經濟的高速發展，化學鍵的電子理論和量子力學的誕生、電子技術和計算機技術的興起，化學研究在理論上和實驗技術上都獲得了新的手段，導致這門學科從30年代以來飛躍發展，出現了嶄新的面貌。現在把化學內容一般分為生物化學、有機化學、高分子化學、應用化學和化學工程學、物理化學、無機化學等五大類共80項，實際包括了七大分支學科。

根據當今化學學科的發展以及它與天文學、物理學、數學、生物學、醫學、地學等學科相互滲透的情況，化學可作如下分類：

無機化學：元素化學、無機合成化學、無機固體化學、配位化學、生物無機化學、有機金屬化學等

有機化學：天有機化學、一般有機化學、有機合成化學、金屬和非金屬有機化學、物力有機化學、生物有機化學、有機分析化學。

物理化學：化學熱力學、結構化學、化學動力學、分門物理化學。

分析化學：化學分析、儀器和新技術分析。

高分子化學：天然高分子化學、高分子合成化學、高分子物理化學、高聚物應用、高分子物力。

核化學核放射性化學：放射性元素化學、放射分析化學、輻射化學、同位素化學、核化學。

生物化學：一般生物化學、酶類、微生物化學、植物化學、免疫化學、發酵和生物工程、食品化學等。

其它與化學有關的邊緣學科還有：地球化學、海洋化學、大氣化學、環境化學、宇宙化學、星際化學等。

輻射能

太陽輻射以光速(c=3×108米/秒)射向地球，同時它具有微粒和波動這二者的特性。我們特別要提到這些，是因為在自然地理系統中，對于輻射能的接受和貯存，都離不開輻射能的這些特性。如綠色植物進行光合作用，所吸收的能量就是以光量子的形式進行的。正是由于輻射能的這種量子特性，因此量子能量的大小取決于波長和頻率：

e為量子的能量;h為普朗克常數，它等于6.63×10-34焦耳/秒;γ為頻率;λ為波長;c是光速。量子能一般使用電子伏特的單位來表示，也可以換算成其它相應的能量單位。由上式說明，頻率越高，或者說波長越小，則量子能越大。在此只需強調的是，這類基本知識在分析自然地理系統時是必不可少的，特別對于有機界來說，更是如此。后面在有關生物部分的那一章里將要加以進一步地說明。

為了便于掌握有關太陽輻射能的要點，可以規定如下幾個術語：1.吸收率：被物體所吸收的入射輻射比率;2.發射率：被物體所發射的相應波長的輻射比率;3.反射率：被表面反射的入射輻射比率;4.透射率：被物體所透過的入射輻射比率;5.輻射通量：單位時間所發射的、透射的或吸收的輻射數量;6.輻射通量密度：單位面積上的輻射通量。通常所指的輻射，就是指在一個表面上入射的輻射通量密度。

一個表面所接受的輻射，取決于該表面對著輻射束的方向如何。倘若這一束輻射通量不變，可是它所占據的表面積越來越大時，則隨著表面積的增大，此表面上的輻射通量密度就越來越小了。(見圖4.7)這可以由蘭勃脫(Lambert)余弦定理作定量的表達：

Q=Qdcosθ (4.9)

此處的Qd標志著當表面垂直于輻射束時的輻射通量密度;而Q代表實際表面上的輻射通量密度;θ則是光線與表面的法線之間的角度。該定律可以用來計算粗略自然地理面中各種坡度時所入射的太陽直接輻射。由于θ的變化十分復雜，因此實際運用時，還必須作更為復雜的推導。

進入自然地理面的太陽輻射能，由兩部分組成，一個是上述的直接輻射，另一部分則是散射輻射。它們各自的測定方法與計算方法已如上述，都是比較成熟的，但仍要針對各種不同的地形、高度、下墊面狀況、不同天氣條件等加以具體化。

平行的單色的輻射在通過一個均勻介質時將要發生衰減，這可由下邊的公式來描述：

Q=Q0e-kx (4.10)

Q0在此代表未衰減時的輻射通量密度;X為輻射束在介質中走過的路徑;K為介質的消弱系數。這個定律，經過不同形式的變換，用來表達輻射能通過大氣時的衰減，也用來表達在通過植物冠叢和水體時的輻射衰減狀況。

地表面十分近似于一個“黑體”，因此它也具有類似于黑體發射時那樣的規律。知道這種特性，對于了解自然地理系統中的能量轉換，對于遙感技術的應用，是至為必要的。一個黑體的單位面積上所發射的輻射能，是由斯特藩-波爾茲曼定律來描述的，即

QB=σT4 (4.11)

此處的QB為理想黑體所發射的能量，T是用開氏溫標表達時的絕對溫度數值;σ為斯特藩-波爾茲曼常數，可以用已經制定好的表，查出在不同溫度T時QB的數值。地球表面的平均溫度大致為15℃，(按絕對溫度計是288°K)，它發射的平均能量為390瓦/平方米;而太陽表面的發射相當于黑體在6000°K時的狀況，因而它所發射的能量為每平方米7.3×107瓦。至于非黑體所發射的能量可按下式去計算：

Q=∈σT4 (4.12)

Q代表該物體所發射的能量;∈為該物體的表面發射率(對于黑體來說，∈=1，而一切非黑體的發射率均小于1)。絕大多數自然表面的長波發射率都介于0.90—0.98之間。

物質

物質指不依賴于人的主觀意識而又能為人的意識所反映的客觀實在。世界的本質是物質的，意識是物質高度發展的產物。運動是物質的根本屬性，時間和空間則是運動著的物質的存在形式。自然界和社會的一切形象，都是運動著的物質的存在形式。馬克思主義哲學的物質概念是世界上一切現象(自然現象和社會現象)的根本特性的最高概括，因而不能把它同自然科學中關于物質結構的學說相混淆。世界統一于物質。物質的惟一特性是客觀實在性。物質世界能為人的感覺和意識反反映，但不可窮盡。物質概念是唯物主義哲學的基西。20世紀以來自然科學對物質的屬性、結構、形態等的新認識不斷證實和豐富辯證唯物主義的物質范疇。

物質是標志客觀實在的哲學范疇，這種客觀實在是人通過感覺感知的，它不依賴于我們的感覺而存在，為我們的感覺所復寫、攝影、反映。

包括意識本身，也是客觀存在。

理解的難點在于：意識的客觀存在性。

意識的客觀存在性，就在于意識首先是由于大腦本身的生理機制產生的。

沒有大腦的生理機制，不會有意識的存在。

產生意識的另一個因素就是反映對象：簡單的是可以用眼睛"看"到的對象，用耳朵可以"聽"到的對象，用手可以"觸摸"到的對象等等，復雜的包括歷史、文化、心態等等只有用大腦去思考才能"反映"的對象。

所以可以簡單定義為：意識=大腦生理機制+反映對象

大腦的生理機制是物質的，所反映的對象是物質的，所以意識也是物質的。

原子光譜

atomic spectrum

原子的電子運動狀態發生變化時發射或吸收的有特定頻率的電磁頻譜。原子光譜是一些線狀光譜，發射譜是一些明亮的細線，吸收譜是一些暗線。原子的發射譜線與吸收譜線位置精確重合。不同原子的光譜各不相同，氫原子光譜最為簡單，其他原子光譜較為復雜，最復雜的是鐵原子光譜。用色散率和分辨率較大的攝譜儀拍攝的原子光譜還顯示光譜線有精細結構和超精細結構，所有這些原子光譜的特征，反映了原子內部電子運動的規律性。

闡明原子光譜的基本理論是量子力學。原子按其內部運動狀態的不同，可以處于不同的定態。每一定態具有一定的能量，它主要包括原子體系內部運動的動能、核與電子間的相互作用能以及電子間的相互作用能。能量最低的態叫做基態 ，能量高于基態的叫做激發態 ，它們構成原子的各能級(見原子能級)。高能量激發態可以躍遷到較低能態而發射光子，反之，較低能態可以吸收光子躍遷到較高激發態，發射或吸收光子的各頻率構成發射譜或吸收譜。量子力學理論可以計算出原子能級躍遷時發射或吸收的光譜線位置和光譜線的強度。

原子光譜提供了原子內部結構的豐富信息。事實上研究原子結構的原子物理學和量子力學就是在研究分析闡明原子光譜的過程中建立和發展起來的。原子是組成物質的基本單元。原子光譜的研究對于分子結構、固體結構也有重要意義。原子光譜的研究對激發器的誕生和發展起著重要作用，對原子光譜的深入研究將進一步促進激光技術的發展;反過來激光技術也為光譜學研究提供了極為有效的手段。原子光譜技術還廣泛地用于化學、天體物理、等離子體物理等和一些應用技術學科之中。

原子或離子的運動狀態發生變化時，發射或吸收的有特定頻率的電磁波譜.原子光譜的覆蓋范圍很寬，從射頻段一直延伸到X射線頻段，通常，原子光譜是指紅外、可見、紫外區域的譜.

原子光譜中某一譜線的產生是與原子中電子在某一對特定能級之間的躍遷相聯系的.因此，用原子光譜可以研究原子結構.由于原子是組成物質的基本單位，原子光譜對于研究分子結構、固體結構等也是很重要的.另一方面，由于原子光譜可以了解原子的運動狀態，從而可以研究包含原子在內的若干物理過程.原子光譜技術廣泛應用于化學、天體物理學、等離子物理學和一些應用技術科學中.

分子光譜

molecular spectra

分子能級之間躍遷形成的發射光譜和吸收光譜。分子光譜非常豐富，可分為純轉動光譜、振動 - 轉動光譜帶和電子光譜帶。分子的純轉動光譜由分子轉動能級之間的躍遷產生，分布在遠紅外波段，通常主要觀測吸收光譜;振動 - 轉動光譜帶由不同振動能級上的各轉動能級之間躍遷產生，是一些密集的譜線，分布在近紅外波段，通常也主要觀測吸收光譜;電子光譜帶由不同電子態上不同振動和不同轉動能級之間的躍遷產生，可分成許多帶，分布在可見或紫外波段，可觀測發射光譜。非極性分子由于不存在電偶極矩，沒有轉動光譜和振動-轉動光譜帶，只有極性分子才有這類光譜帶。

分子光譜是提供分子內部信息的主要途徑，根據分子光譜可以確定分子的轉動慣量、分子的鍵長和鍵強度以及分子離解能等許多性質，從而可推測分子的結構。

核磁共振

nuclear　magnetic　resonance, NMR

是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。

核磁共振是處于靜磁場中的原子核在另一交變磁場作用下發生的物理現象。通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現象獲取分子結構、人體內部結構信息的技術。

并不是是所有原子核都能產生這種現象，原子核能產生核磁共振現象是因為具有核自旋。原子核自旋產生磁矩，當核磁矩處于靜止外磁場中時產生進動核和能級分裂。在交變磁場作用下，自旋核會吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級躍遷到較高能級。這種過程就是核磁共振。

核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術。是繼CT后醫學影像學的又一重大進步。自80年代應用以來，它以極快的速度得到發展。其基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發人體內氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。

核磁共振是一種物理現象，作為一種分析手段廣泛應用于物理、化學生物等領域，到1973年才將它用于醫學臨床檢測。為了避免與核醫學中放射成像混淆，把它稱為核磁共振成像術(MR)。

MR是一種生物磁自旋成像技術，它是利用原子核自旋運動的特點，在外加磁場內，經射頻脈沖激后產生信號，用探測器檢測并輸入計算機，經過處理轉換在屏幕上顯示圖像。

MR提供的信息量不但大于醫學影像學中的其他許多成像術，而且不同于已有的成像術，因此，它對疾病的診斷具有很大的潛在優越性。它可以直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會產生CT檢測中的偽影;不需注射造影劑;無電離輻射，對機體沒有不良影響。MR對檢測腦內血腫、腦外血腫、腦腫瘤、顱內動脈瘤、動靜脈血管畸形、腦缺血、椎管內腫瘤、脊髓空洞癥和脊髓積水等顱腦常見疾病非常有效，同時對腰椎椎間盤后突、原發性肝癌等疾病的診斷也很有效。

MR也存在不足之處。它的空間分辨率不及CT，帶有心臟起搏器的患者或有某些金屬異物的部位不能作MR的檢查，另外價格比較昂貴。

核磁共振技術的歷史

1930年代，物理學家伊西多·拉比發現在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列，而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發生翻轉。這是人類關于原子核與磁場以及外加射頻場相互作用的最早認識。由于這項研究，拉比于1944年獲得了諾貝爾物理學獎。

1946年兩位美國科學家布洛赫和珀塞爾發現，將具有奇數個核子(包括質子和中子)的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發生原子核吸收射頻場能量的現象，這就是人們最初對核磁共振現象的認識。為此他們兩人獲得了1952年度諾貝爾物理學獎。

人們在發現核磁共振現象之后很快就產生了實際用途，化學家利用分子結構對氫原子周圍磁場產生的影響，發展出了核磁共振譜，用于解析分子結構，隨著時間的推移，核磁共振譜技術不斷發展，從最初的一維氫譜發展到13C譜、二維核磁共振譜等高級譜圖，核磁共振技術解析分子結構的能力也越來越強，進入1990年代以后，人們甚至發展出了依靠核磁共振信息確定蛋白質分子三級結構的技術，使得溶液相蛋白質分子結構的精確測定成為可能。

1946年，美國哈佛大學的珀塞爾和斯坦福大學的布洛赫宣布，他們發現了核磁共振NMR。兩人因此獲得了1952年諾貝爾獎。核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁場和高頻磁場(處在無線電波波段)同時作用下，當滿足一定條件時，會產生共振吸收現象。核磁共振很快成為一種探索、研究物質微觀結構和性質的高新技術。目前，核磁共振已在物理、化學、材料科學、生命科學和醫學等領域中得到了廣泛應用。

原子核由質子和中子組成，它們均存在固有磁矩。可通俗的理解為它們在磁場中的行為就像一根根小磁針。原子核在外加磁場作用下，核磁矩與磁場相互作用導致能級分裂，能級差與外加磁場強度成正比。如果再同時加一個與能級間隔相應的交變電磁場，就可以引起原子核的能級躍遷，產生核磁共振。可見，它的基本原理與原子的共振吸收現象類似。

早期核磁共振主要用于對核結構和性質的研究，如測量核磁矩、電四極距、及核自旋等，后來廣泛應用于分子組成和結構分析，生物組織與活體組織分析，病理分析、醫療診斷、產品無損監測等方面。對于孤立的氫原子核(也就是質子)，當磁場為1.4T時，共振頻率為59.6MHz，相應的電磁波為波長5米的無線電波。但在化合物分子中，這個共振頻率還與氫核所處的化學環境有關，處在不同化學環境中的氫核有不同的共振頻率，稱為化學位移。這是由核外電子云對磁場的屏蔽作用、誘導效應、共厄效應等原因引起的。同時由于分子間各原子的相互作用，還會產生自旋-耦合裂分。利用化學位移與裂分數目，就可以推測化合物尤其是有機物的分子結構。這就是核磁共振的波譜分析。20世紀70年代，脈沖傅里葉變換核磁共振儀出現了，它使C13譜的應用也日益增多。用核磁共振法進行材料成分和結構分析有精度高、對樣品限制少、不破壞樣品等優點。

最早的核磁共振成像實驗是由1973年勞特伯發表的，并立刻引起了廣泛重視，短短10年間就進入了臨床應用階段。作用在樣品上有一穩定磁場和一個交變電磁場，去掉電磁場后，處在激發態的核可以躍遷到低能級，輻射出電磁波，同時可以在線圈中感應出電壓信號，稱為核磁共振信號。人體組織中由于存在大量水和碳氫化合物而含有大量的氫核，一般用氫核得到的信號比其他核大1000倍以上。正常組織與病變組織的電壓信號不同，結合CT技術，即電子計算機斷層掃描技術，可以得到人體組織的任意斷面圖像，尤其對軟組織的病變診斷，更顯示了它的優點，而且對病變部位非常敏感，圖像也很清晰。

核磁共振成像研究中，一個前沿課題是對人腦的功能和高級思維活動進行研究的功能性核磁共振成像。人們對大腦組織已經很了解，但對大腦如何工作以及為何有如此高級的功能卻知之甚少。美國貝爾實驗室于1988年開始了這方面的研究，美國政府還將20世紀90年代確定為“腦的十年”。用核磁共振技術可以直接對生物活體進行觀測，而且被測對象意識清醒，還具有無輻射損傷、成像速度快、時空分辨率高(可分別達到100μm和幾十ms)、可檢測多種核素、化學位移有選擇性等優點。美國威斯康星醫院已拍攝了數千張人腦工作時的實況圖像，有望在不久的將來揭開人腦工作的奧秘。

若將核磁共振的頻率變數增加到兩個或多個，可以實現二維或多維核磁共振，從而獲得比一維核磁共振更多的信息。目前核磁共振成像應用僅限于氫核，但從實際應用的需要，還要求可以對其他一些核如：C13、N14、P31、S33、Na23、I127等進行核磁共振成像。C13已經進入實用階段，但仍需要進一步擴大和深入。核磁共振與其他物理效應如穆斯堡爾效應(γ射線的無反沖共振吸收效應)、電子自旋共振等的結合可以獲得更多有價值的信息，無論在理論上還是在實際應用中都有重要意義。核磁共振擁有廣泛的應用前景，伴隨著脈沖傅里葉技術已經取得了一次突破，使C13譜進入應用階段，有理由相信，其它核的譜圖進入應用階段應為期不遠。

另一方面，醫學家們發現水分子中的氫原子可以產生核磁共振現象，利用這一現象可以獲取人體內水分子分布的信息，從而精確繪制人體內部結構，在這一理論基礎上1969年，紐約州立大學南部醫學中心的醫學博士達馬迪安通過測核磁共振的弛豫時間成功的將小鼠的癌細胞與正常組織細胞區分開來，在達馬迪安新技術的啟發下紐約州立大學石溪分校的物理學家保羅·勞特伯爾于1973年開發出了基于核磁共振現象的成像技術(MRI)，并且應用他的設備成功地繪制出了一個活體蛤蜊地內部結構圖像。勞特伯爾之后，MRI技術日趨成熟，應用范圍日益廣泛，成為一項常規的醫學檢測手段，廣泛應用于帕金森氏癥、多發性硬化癥等腦部與脊椎病變以及癌癥的治療和診斷。2003年，保羅·勞特伯爾和英國諾丁漢大學教授彼得·曼斯菲爾因為他們在核磁共振成像技術方面的貢獻獲得了當年度的諾貝爾生理學或醫學獎。 其基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發人體內氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。

核磁共振的原理

核磁共振現象來源于原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的進動。

根據量子力學原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數值由原子核的自旋量子數決定，實驗結果顯示，不同類型的原子核自旋量子數也不同：

質量數和質子數均為偶數的原子核，自旋量子數為0

質量數為奇數的原子核，自旋量子數為半整數

質量數為偶數，質子數為奇數的原子核，自旋量子數為整數

迄今為止，只有自旋量子數等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經常為人們所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P

由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時，會由自旋產生一個磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉，這一現象類似陀螺在旋轉過程中轉動軸的擺動，稱為進動。進動具有能量也具有一定的頻率。

原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質決定，也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。

原子核發生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關，根據量子力學原理，原子核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續分布的，而是由原子核的磁量子數決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級。當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后，就會發生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發生變化。這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎。

為了讓原子核自旋的進動發生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過外加射頻場來提供的。根據物理學原理當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同的時候，射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這樣就形成了一個核磁共振信號.

核磁共振的應用

NMR技術

核磁共振頻譜學

NMR技術即核磁共振譜技術，是將核磁共振現象應用于分子結構測定的一項技術。對于有機分子結構測定來說，核磁共振譜扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質譜一起被有機化學家們稱為“四大名譜”。目前對核磁共振譜的研究主要集中在1H和13C兩類原子核的圖譜。

對于孤立原子核而言，同一種原子核在同樣強度的外磁場中，只對某一特定頻率的射頻場敏感。但是處于分子結構中的原子核，由于分子中電子云分布等因素的影響，實際感受到的外磁場強度往往會發生一定程度的變化，而且處于分子結構中不同位置的原子核，所感受到的外加磁場的強度也各不相同，這種分子中電子云對外加磁場強度的影響，會導致分子中不同位置原子核對不同頻率的射頻場敏感，從而導致核磁共振信號的差異，這種差異便是通過核磁共振解析分子結構的基礎。原子核附近化學鍵和電子云的分布狀況稱為該原子核的化學環境，由于化學環境影響導致的核磁共振信號頻率位置的變化稱為該原子核的化學位移。

耦合常數是化學位移之外核磁共振譜提供的的另一個重要信息，所謂耦合指的是臨近原子核自旋角動量的相互影響，這種原子核自旋角動量的相互作用會改變原子核自旋在外磁場中進動的能級分布狀況，造成能級的裂分，進而造成NMR譜圖中的信號峰形狀發生變化，通過解析這些峰形的變化，可以推測出分子結構中各原子之間的連接關系。

最后，信號強度是核磁共振譜的第三個重要信息，處于相同化學環境的原子核在核磁共振譜中會顯示為同一個信號峰，通過解析信號峰的強度可以獲知這些原子核的數量，從而為分子結構的解析提供重要信息。表征信號峰強度的是信號峰的曲線下面積積分，這一信息對于1H-NMR譜尤為重要，而對于13C-NMR譜而言，由于峰強度和原子核數量的對應關系并不顯著，因而峰強度并不非常重要。

早期的核磁共振譜主要集中于氫譜，這是由于能夠產生核磁共振信號的1H原子在自然界豐度極高，由其產生的核磁共振信號很強，容易檢測。隨著傅立葉變換技術的發展，核磁共振儀可以在很短的時間內同時發出不同頻率的射頻場，這樣就可以對樣品重復掃描，從而將微弱的核磁共振信號從背景噪音中區分出來，這使得人們可以收集13C核磁共振信號。

近年來，人們發展了二維核磁共振譜技術，這使得人們能夠獲得更多關于分子結構的信息，目前二維核磁共振譜已經可以解析分子量較小的蛋白質分子的空間結構。

MRI技術

核磁共振成像

核磁共振成像技術是核磁共振在醫學領域的應用。人體內含有非常豐富的水，不同的組織，水的含量也各不相同，如果能夠探測到這些水的分布信息，就能夠繪制出一幅比較完整的人體內部結構圖像，核磁共振成像技術就是通過識別水分子中氫原子信號的分布來推測水分子在人體內的分布，進而探測人體內部結構的技術。

與用于鑒定分子結構的核磁共振譜技術不同，核磁共振成像技術改編的是外加磁場的強度，而非射頻場的頻率。核磁共振成像儀在垂直于主磁場方向會提供兩個相互垂直的梯度磁場，這樣在人體內磁場的分布就會隨著空間位置的變化而變化，每一個位置都會有一個強度不同、方向不同的磁場，這樣，位于人體不同部位的氫原子就會對不同的射頻場信號產生反應，通過記錄這一反應，并加以計算處理，可以獲得水分子在空間中分布的信息，從而獲得人體內部結構的圖像。

核磁共振成像技術還可以與X射線斷層成像技術(CT)結合為臨床診斷和生理學、醫學研究提供重要數據。

核磁共振成像技術是一種非介入探測技術，相對于X-射線透視技術和放射造影技術，MRI對人體沒有輻射影響，相對于超聲探測技術，核磁共振成像更加清晰，能夠顯示更多細節，此外相對于其他成像技術，核磁共振成像不僅僅能夠顯示有形的實體病變，而且還能夠對腦、心、肝等功能性反應進行精確的判定。在帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥、癌癥等疾病的診斷方面，MRI技術都發揮了非常重要的作用。

MRS技術

核磁共振測深

核磁共振探測是MRI技術在地質勘探領域的延伸，通過對地層中水分布信息的探測，可以確定某一地層下是否有地下水存在，地下水位的高度、含水層的含水量和孔隙率等地層結構信息。

目前核磁共振探測技術已經成為傳統的鉆探探測技術的補充手段，并且應用于滑坡等地質災害的預防工作中，但是相對于傳統的鉆探探測，核磁共振探測設備購買、運行和維護費用非常高昂，這嚴重地限制了MRS技術在地質科學中的應用。

核磁共振的特點

①共振頻率決定于核外電子結構和核近鄰組態;②共振峰的強弱決定于該組態在合金中所占的比例;③譜線的分辨率極高。

磁共振成像的優點

與1901年獲得諾貝爾物理學獎的普通X射線或1979年獲得諾貝爾醫學獎的計算機層析成像(computerized tomography, CT)相比，磁共振成像的最大優點是它是目前少有的對人體沒有任何傷害的安全、快速、準確的臨床診斷方法。如今全球每年至少有6000萬病例利用核磁共振成像技術進行檢查。具體說來有以下幾點：

對人體沒有游離輻射損傷;

各種參數都可以用來成像，多個成像參數能提供豐富的診斷信息，這使得醫療診斷和對人體內代謝和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1值變大，而肝癌的T1值更大，作T1加權圖像，可區別肝部良性腫瘤與惡性腫瘤;

通過調節磁場可自由選擇所需剖面。能得到其它成像技術所不能接近或難以接近部位的圖像。對于椎間盤和脊髓，可作矢狀面、冠狀面、橫斷面成像，可以看到神經根、脊髓和神經節等。能獲得腦和脊髓的立體圖像，不像CT(只能獲取與人體長軸垂直的剖面圖)那樣一層一層地掃描而有可能漏掉病變部位;

能診斷心臟病變，CT因掃描速度慢而難以勝任;

對軟組織有極好的分辨力。對膀胱、直腸、子宮、陰道、骨、關節、肌肉等部位的檢查優于CT;

原則上所有自旋不為零的核元素都可以用以成像，例如氫(1H)、碳(13C)、氮(14N和15N)、磷(31P)等。