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光谱化学介绍

来宝网2007年10月21日 13:01 点击:2855

光谱化学
spectrochemistry

利用物质发射的辐射能或辐射能与物质相互作用来研究物质的组成及其含量和化学结构的科学。
有原子光谱、分子光谱、X射线光谱以及核磁共振和顺磁共振谱等
科学
 
科学简介
是人类的分门别类的学问。
科学 是由人类感知的自然现象,通过观察、抽象、总结形成家教个性论说,再形成有因果系统的宗教共性论说,再通过设置实验环境、证明宗教论说的真假、形成有因果系统的科学个性结论,再形成有因果系统的科学共性结论,进而形成有因果系统的有实验共性结论的可重复验证的学问,这就是科学。
科学 是技术之母。科学 是知识体系。科学 不是生产力;但它可以提高生产力。如,著名的科学结论“杠杆原理”一样。它不是生产力;但它可以提高生产力。
科学 是在“科学家”使用“明确”、“具体”、“可操作”、“有数据”、“有算法”、“有责任”的“动力”及其在“时间”、“地点”、“人物”、“事件”、“内容”、“意义”充分的“技术”条件和“物质”条件下进行的“实验行为”及其通过实验得出的“科学”和“技术”“结论”。
——张悉妮“科学”实验室 最新科研成果
科学一词的来源

科学一词,英文为science,源于拉丁文的scio,后来又演变为scientin,最后成了今天的写法,其本意是“知识”、“学问”。日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉把“science”译为“科学”[香港创业学院院长张世平:即分类的“知识”、“学问”]。到了1893年,康有为引进并使用“科学”二字。严复在翻译《天演论》等科学著作时,也用“科学”二字。此后,“科学”二字便在中国广泛运用。
   
为什么这么称呼呢?science的本来含义是系统知识,我想也许这样,科学在十九世纪已是一个非常庞大的知识体系了,它已分得非常细了,即分成许多许多专业,而这些专业知识又不象其它知识那样是互不联系的。除了专业概念外,基础概念是一致的,基本方法也是一样的,“科”的意思是分类或层次条理的意思,所以我自认为science 对应“科学”还是比较合适的。
   
中国古代的关于科学的起源,比如各类经典的经书都是关于科学规律的探索的信息记录!古代的祖冲之的数学圆周率、张衡的地动仪、汉朝的指南车和指南针等,黄帝内经就是典型的医学大成!是中国上古社会的科学巨著!但是就科学这个字眼来说,也许还是舶来品!
   
中国的成语“名不见经传”,实际上就是告诉我们说所有的经和传等都是关于中国古代人类社会的科学探索纪录!自司马迁开始,根据历史经传编著史记,记录了汉朝以前的所有的可识别的文字信息历史纪录!这些都是自然科学和社会科学的巨著!


科学的基本定义

基本定义——科学是崇尚真理和真实的人们的,永无止境地探索、实践,阶段性地趋于逼近真理,阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性、历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等特点,尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项永远造福人类社会的高尚事业。
     
科学,应该是五个方面的内容:第一,科学就是知识。第二,科学不是一般零散的知识,它是理论化、系统化的知识体系。第三,科学是人类和科学家群体、科学共同体对自然、对社会、对人类自身规律性的认识活动。第四,在现代社会,科学还是一种建制。第五,科学技术是生产力,科学技术是第一生产力。
     
科学的诞生和人类的历史一样久远。我们人类在地球上生活了700万年,据考古发现,大约距今30万年前,原始人就在制造石器的过程中,开始了认识自然、改造自然的活动。在距今一两万年前,原始人发明了新的劳动工具—弓箭。弓箭的发明人对人类社会的发展和科技的进步有着十分重要的作用。一方面利用弓箭有组织地狩猎,提高了生产效率,而剩余的猎物则被饲养起来,使人类由狩猎进入畜牧的时代;另一方面利用弓弦绕钻杆打孔的方法钻木取火,又发明了摩擦生热的制火技术,不仅极大的提高了人类的生活质量,而且增加了生产的手段;用火炼制粘土,发明了制陶技术;用火熔化铜和铁,制造出金属农具,使人类结束了一万多年的迁徙不定的生活,进入自给自足的农业社会,从而开始了人类五千年的文明史。

通俗地说,科学是一种态度、观点、方法!同时,科学的东西本身具有悖论!也就是说,不同的专业学科的东西很容易被混淆和认为是矛盾的!其实,它反映了科学地认识事物的不同的多个复杂方面!

只要是从事科学技术工作的同志都十分清楚,开始的概念的建立和假说以及假定非常艰难!所以,对于科学本身的原始概念来说,对于世界上任何一位顶尖的科学家来说,都是很困难的!所以,给出科学的基本定义需要胆量!需要胆识!还需要深深关注人类命运的高度境界!

实际上,在此以前,由于科学一词从来就没有严格定义过,所以会引起一系列的混乱和无谓的争论。比如:中国古代有没有科学?中医是否是科学?科学与伪科学的区别是什么?科学与宗教的区别是什么?等等。而这些问题又是非常非常吸引人的问题。所以时代要求我们尽早地给出恰当的定义以解决这些争议。


该定义中“逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的”该定语是自己加进去的,原因是为了明确科学的涵义,即明确科学是一个怎样的知识体系(我至今为止不明白为什么很多书上为什么不敢明确地加上它)。其中“矛盾”当然是指逻辑矛盾。

“知识体系”是人们对科学的最初认识。作为一种非常实用的知识,最重要的就是有很高的条理性和结构。这一点,任何一本经典著作都多少具有这种特色,古代最著名的要数《几何原本》了。中国的古典著作中最有条理的,也许是我不学无术,自认为对我影响最大的是《橘中秘》(一本棋书)。不过科学这种知识体系已不象某些知识体系那样规模那么小,讨论范围那么窄了,而是一个非常庞大的知识体系,其野心甚至企图包罗万象无所不及。这么大的体系仍要保持很强的条理和结构,这就显得与众不同了。但知识体系并不只有科学一种,所以必需明确科学是怎样的知识体系。定义中前面部分给出了限定,跳过一段再讨论。

很早有人就认识到了科学是一项造福人类的社会事业,但其意义是随时代发展进一步深化的。而这也是缺少教育的人们不易理解的。知识表现在书本里怎么又是一种社会活动呢?不能被别人理解,不能被别人重复验证,这本身就不叫知识,为什么还要强调其社会性呢?这是因为科学对知识的认识要远远比其它对其的认识严格。不管对巫师、宗教徒、平民还是科学家来说,知识都是指正确的陈述,正确的预见,即知识就是人认为的“真理”。但只有科学家才非常严格地审视“真理”。不光要看它的初始语句(常称为公理)是否来源于直觉、实验或有充分理由,而且严密地审查推导过程中的任何细节,并考查其任一导出结论是否与实验或生活经验相冲突。而这一系列工作都不是没有受过科学训练的人能做的,因此需要教育,需要许多的科学家的共同劳动,也需要广大民众的理解和各方面的支持。随着科学的越来越发达,科学的复杂程度越高,其社会性也就越强。

“逼近真理”是强调科学的特质,与其它相比,科学最强调怀疑和创新,因为科学是以不存在先知先觉为前提的。同时科学也非常强调继承和借鉴!认为所有知识都是人对客观世界的认识,虽然科学追求的是主客观世界的统一,但毕竟主观世界与客观存在并不是一回事,知识再正确,也只是逼近对世界的描述,而不就是客观世界。比如说:理想气体模型它能非常好的描述在常温常压下的氧气、氮气和二氧化碳等气体,是因为这些气体分子的线度远小于它们之间的距离。而范德瓦尔斯对理想气体模型的修正也只是近似的描述象水蒸气那样的真实气体。科学家们懂得他们的理论一开始就是近似,所以他们从未指望从其理论导出的结论与真实世界无丝毫误差。所有的知识是人造的,是主观世界的产物,即使存在外星人,也只可能是比地球人更进化而已,他们也会有错。自然界的秘密存在于自然界本身,自然界以其自身的多样特点表现自己,但不会以文字形式借上帝之口明白地表达出来。可见用“最逼近真理”这一词项既强调科学的严密性,又强调了科学对世界的认识意义。

“尽可能不包含自相矛盾”该定语反映了科学对完美的追求,强调了科学也有个成长过程。普通人犯错误是经常的,伟人也会犯错误,象牛顿、爱因斯坦和马克思这样最受人尊敬的人物也有错误的理论。罗素的著作中,经常描写伟人的自相矛盾,比如,提倡用节育手段控制人口的马尔萨斯四年内添三个孩子;提倡无为的叔本华对晚来的荣誉欣喜若狂;被称为实验科学的始祖的培根则不知道为他治病的哈维发明血液大循环理论。伟人尚且如此,那么集所有伟人智慧的科学内容要想没有一点自相矛盾的暇点则十分困难,而且体系越大越难以没有错误,特别是新学科,需要时间的检验。任何科学都有个成熟的过程。另外,随着时代的发展,原有的科学也许是某种情境下的近似,在无限推广时就可能出现矛盾,而科学决不会装作没有看见,必定要去解决这一矛盾,使科学向前迈进。由迈克尔逊实验引起的相对论、由黑体辐射实验引起的量子力学以及理发师悖论引起的数学革命,正是排除了那些自相矛盾后发展起来的。


《科学》期刊


该杂志于1880年由爱迪生投资1万美元创办,于1894年成为美国最大的科学团体“美国科学促进会”——American Association for the Advancement of Science (AAAS)的官方刊物。全年共51期,为周刊,全球发行量超过150万份。

多数科技期刊都要向读者收取审稿、评论、发表的相关费用。但《科学》杂志发表来稿是免费的。其杂志的资金来源共有三部分:AAAS的会员费、印刷版和在线版的订阅费、广告费。

《科学》杂志属于综合性科学杂志,它的科学新闻报道、综述、分析、书评等部分,都是权威的科普资料,该杂志也适合一般读者阅读。“发展科学,服务社会”是AAAS也是《科学》杂志的宗旨。

在全球,《科学》杂志的主要对手为英国伦敦的《自然》杂志,该杂志创办于1869年,曾发表了大量的达尔文、赫胥黎等大师的文章。21世纪的 前4年中,二者为率先发表人类基因排列的图谱而激烈竞争。

《科学》杂志的主编唐纳德·科尼迪毕业于哈佛大学,博士学位,为斯坦福大学第八任校长,著名的环境科学教授。

《科学》杂志官方网址: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.

《辞海》对“科学”的解释
     科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系,是社会意识形态之一。
     按研究对象的不同可分为自然科学、社会科学和思维科学,以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数学。
     按与实践的不同联系可分为理论科学、技术科学、应用科学等。
     科学来源于社会实践,服务于社会实践。它是一种在历史上起推动作用的革命力量。在现代,科学技术是第一生产力。科学的发展和作用受社会条件的制约。现代科学正沿着学科高度分化和高度综合的方向蓬勃发展。

科学作为形容词的解释
合乎科学的。例:①这种方法很科学;②科学共产主义;③科学发展观。

与科学相关的课程
物理学 化学 地理学  天文学 生物学  数学 医学
化学
 
化学(chemistry)是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。

从开始用火的原始社会,到使用各种人造物质的现代社会,人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善,化学的贡献在其中起了重要的作用。

化学是重要的基础科学之一,在与物理学、生物学、自然地理学、天文学等学科的相互渗透中,得到了迅速的发展,也推动了其他学科和技术的发展。例如,核酸化学的研究成果使今天的生物学从细胞水平提高到分子水平,建立了分子生物学;对地球、月球和其他星体的化学成分的分析,得出了元素分布的规律,发现了星际空间有简单化和物的存在,为天体演化和现代宇宙学提供了实验数据,还丰富了自然辩证法的内容!

【化学的萌芽】

原始人类从用火之时开始,由野蛮进入文明,同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。掌握了火以后,人类开始熟食;逐步学会了制陶、冶炼;以后又懂得了酿造、染色等等。这些有天然物质加工改造而成的制品,成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上,萌发了古代化学知识。

古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类,并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪或更早,中国提出了阴阳五行学说,认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的,而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观,用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力,认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。

公元前4世纪,希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术以颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼金术与中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。

炼丹术的指导思想是深信物质能转化,试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼,进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿,如升华器、蒸馏器、研钵等,也创造了各种实验方法,如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。

与此同时,进一步分类研究了各种物质的性质,特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础,许多器具和方法经过改进后,仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药,发现了若干元素,制成了某些合金,还制出和提纯了许多化合物,这些成果我们至今仍在利用。

【化学的中兴】

16世纪开始,欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后,通过对燃烧现象的精密实验研究,建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,为化学进一步科学的发展奠定了基础。

19世纪初,建立了近代原子论,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出了,建立了原子分子学说,为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后,不仅初步形成了无机化学的体系,并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。

通过对矿物的分析,发现了许多新元素,加上对原子分子学说的实验验证,经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础。

19世纪下半叶,热力学等物理学理论以入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。

二十世纪的化学化学是一门建立在实验基础上的科学,实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后,由于受到自然科学其他学科发展的影响,并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法,化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展,而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。

近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用,对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末,电子、X射现和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。

在结构化学方面,由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构,产生了量子化学。

从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论。化学反应理论也随着深入到微观境界。应用X射现作为研究物质结构的新分析手段,可以洞察物质的晶体化学结构。测定化学立体结构的衍射方法,有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。

研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等,与计算机联用后,积累大量物质结构与性能相关的资料,正由经验向理论发展。电子显微镜放大倍数不断提高,人们以可直接观察分子的结构。

经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革。从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现,不仅是人类的认识深入到亚原子层次,而且创立了相应的实验方法和理论;不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想,而且改变了人的宇宙观。

作为20世纪的时代标志,人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生,并迅速发展;同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了,以有109号元素,并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作,都在不断补充和更新元素的观念。

在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键的认识的提高,经典的、统计的反应理论以进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学。

计算机技术的发展,使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别,以及大规模术技的处理和综合等方面,都得到较大的进展,有的已经逐步进入化学教育之中。关于催化作用的研究,以提出了各种模型和理论,从无机催化进入有机催化和僧物催化,开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度,来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系。

分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段。一方面,经典的成分和组成分析方法仍在不断改进,分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量;另一方面,发展初许多新的分析方法,可深入到进行结构分析,构象测定,同位素测定,各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定,以及对短寿命亚稳态分子的检测等。分离技术也不断革新,离子交换、膜技术、色谱法等等。

合成各种物质,是化学研究的目的之一。在无机合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。

在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展。稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。

酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使高分子的概念得到广泛的确认。后来,高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进,使高分子化学得以迅速发展。

各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们衣食住行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志。高分子工业发展为化学工业的重要支柱。

20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展。

一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物;另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用;为合成有高度生物活性的物质,并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等,提供了有利的条件。

20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为:有宏观向微观、有定性向定量、有稳定态向亚稳定态发展,由经验逐渐上升到理论,再用于指导设计和开创新的研究。一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料;另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。

【化学的学科分类】

化学在发展过程中,依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同,派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前,化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后,由于世界经济的高速发展,化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起,化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段,导致这门学科从30年代以来飞跃发展,出现了崭新的面貌。现在把化学内容一般分为生物化学、有机化学、高分子化学、应用化学和化学工程学、物理化学、无机化学等五大类共80项,实际包括了七大分支学科。

根据当今化学学科的发展以及它与天文学、物理学、数学、生物学、医学、地学等学科相互渗透的情况,化学可作如下分类:

无机化学:元素化学、无机合成化学、无机固体化学、配位化学、生物无机化学、有机金属化学等

有机化学:天有机化学、一般有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物力有机化学、生物有机化学、有机分析化学。

物理化学:化学热力学、结构化学、化学动力学、分门物理化学。

分析化学:化学分析、仪器和新技术分析。

高分子化学:天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用、高分子物力。

核化学核放射性化学:放射性元素化学、放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学。

生物化学:一般生物化学、酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学等。

其它与化学有关的边缘学科还有:地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。
辐射能
太阳辐射以光速(c=3×108米/秒)射向地球,同时它具有微粒和波动这二者的特性。我们特别要提到这些,是因为在自然地理系统中,对于辐射能的接受和贮存,都离不开辐射能的这些特性。如绿色植物进行光合作用,所吸收的能量就是以光量子的形式进行的。正是由于辐射能的这种量子特性,因此量子能量的大小取决于波长和频率:



e为量子的能量;h为普朗克常数,它等于6.63×10-34焦耳/秒;γ为频率;λ为波长;c是光速。量子能一般使用电子伏特的单位来表示,也可以换算成其它相应的能量单位。由上式说明,频率越高,或者说波长越小,则量子能越大。在此只需强调的是,这类基本知识在分析自然地理系统时是必不可少的,特别对于有机界来说,更是如此。后面在有关生物部分的那一章里将要加以进一步地说明。

为了便于掌握有关太阳辐射能的要点,可以规定如下几个术语:1.吸收率:被物体所吸收的入射辐射比率;2.发射率:被物体所发射的相应波长的辐射比率;3.反射率:被表面反射的入射辐射比率;4.透射率:被物体所透过的入射辐射比率;5.辐射通量:单位时间所发射的、透射的或吸收的辐射数量;6.辐射通量密度:单位面积上的辐射通量。通常所指的辐射,就是指在一个表面上入射的辐射通量密度。

一个表面所接受的辐射,取决于该表面对着辐射束的方向如何。倘若这一束辐射通量不变,可是它所占据的表面积越来越大时,则随着表面积的增大,此表面上的辐射通量密度就越来越小了。(见图4.7)这可以由兰勃脱(Lambert)余弦定理作定量的表达:

Q=Qdcosθ                                                   (4.9)

此处的Qd标志着当表面垂直于辐射束时的辐射通量密度;而Q代表实际表面上的辐射通量密度;θ则是光线与表面的法线之间的角度。该定律可以用来计算粗略自然地理面中各种坡度时所入射的太阳直接辐射。由于θ的变化十分复杂,因此实际运用时,还必须作更为复杂的推导。

进入自然地理面的太阳辐射能,由两部分组成,一个是上述的直接辐射,另一部分则是散射辐射。它们各自的测定方法与计算方法已如上述,都是比较成熟的,但仍要针对各种不同的地形、高度、下垫面状况、不同天气条件等加以具体化。

平行的单色的辐射在通过一个均匀介质时将要发生衰减,这可由下边的公式来描述:

Q=Q0e-kx                                                              (4.10)

Q0在此代表未衰减时的辐射通量密度;X为辐射束在介质中走过的路径;K为介质的消弱系数。这个定律,经过不同形式的变换,用来表达辐射能通过大气时的衰减,也用来表达在通过植物冠丛和水体时的辐射衰减状况。

地表面十分近似于一个“黑体”,因此它也具有类似于黑体发射时那样的规律。知道这种特性,对于了解自然地理系统中的能量转换,对于遥感技术的应用,是至为必要的。一个黑体的单位面积上所发射的辐射能,是由斯特藩-波尔兹曼定律来描述的,即

QB=σT4                                                                     (4.11)

此处的QB为理想黑体所发射的能量,T是用开氏温标表达时的绝对温度数值;σ为斯特藩-波尔兹曼常数,可以用已经制定好的表,查出在不同温度T时QB的数值。地球表面的平均温度大致为15℃,(按绝对温度计是288°K),它发射的平均能量为390瓦/平方米;而太阳表面的发射相当于黑体在6000°K时的状况,因而它所发射的能量为每平方米7.3×107瓦。至于非黑体所发射的能量可按下式去计算:

Q=∈σT4                                                                 (4.12)

Q代表该物体所发射的能量;∈为该物体的表面发射率(对于黑体来说,∈=1,而一切非黑体的发射率均小于1)。绝大多数自然表面的长波发射率都介于0.90—0.98之间。
物质

物质指不依赖于人的主观意识而又能为人的意识所反映的客观实在。世界的本质是物质的,意识是物质高度发展的产物。运动是物质的根本属性,时间和空间则是运动着的物质的存在形式。自然界和社会的一切形象,都是运动着的物质的存在形式。马克思主义哲学的物质概念是世界上一切现象(自然现象和社会现象)的根本特性的最高概括,因而不能把它同自然科学中关于物质结构的学说相混淆。世界统一于物质。物质的惟一特性是客观实在性。物质世界能为人的感觉和意识反反映,但不可穷尽。物质概念是唯物主义哲学的基西。20世纪以来自然科学对物质的属性、结构、形态等的新认识不断证实和丰富辩证唯物主义的物质范畴。

物质是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感觉感知的,它不依赖于我们的感觉而存在,为我们的感觉所复写、摄影、反映。

包括意识本身,也是客观存在。

理解的难点在于:意识的客观存在性。

意识的客观存在性,就在于意识首先是由于大脑本身的生理机制产生的。

没有大脑的生理机制,不会有意识的存在。

产生意识的另一个因素就是反映对象:简单的是可以用眼睛"看"到的对象,用耳朵可以"听"到的对象,用手可以"触摸"到的对象等等,复杂的包括历史、文化、心态等等只有用大脑去思考才能"反映"的对象。

所以可以简单定义为:意识=大脑生理机制+反映对象

大脑的生理机制是物质的,所反映的对象是物质的,所以意识也是物质的。

原子光谱

atomic spectrum

原子的电子运动状态发生变化时发射或吸收的有特定频率的电磁频谱。原子光谱是一些线状光谱,发射谱是一些明亮的细线,吸收谱是一些暗线。原子的发射谱线与吸收谱线位置精确重合。不同原子的光谱各不相同,氢原子光谱最为简单,其他原子光谱较为复杂,最复杂的是铁原子光谱。用色散率和分辨率较大的摄谱仪拍摄的原子光谱还显示光谱线有精细结构和超精细结构,所有这些原子光谱的特征,反映了原子内部电子运动的规律性。

阐明原子光谱的基本理论是量子力学。原子按其内部运动状态的不同,可以处于不同的定态。每一定态具有一定的能量,它主要包括原子体系内部运动的动能、核与电子间的相互作用能以及电子间的相互作用能。能量最低的态叫做基态 ,能量高于基态的叫做激发态 ,它们构成原子的各能级(见原子能级)。高能量激发态可以跃迁到较低能态而发射光子,反之,较低能态可以吸收光子跃迁到较高激发态,发射或吸收光子的各频率构成发射谱或吸收谱。量子力学理论可以计算出原子能级跃迁时发射或吸收的光谱线位置和光谱线的强度。

原子光谱提供了原子内部结构的丰富信息。事实上研究原子结构的原子物理学和量子力学就是在研究分析阐明原子光谱的过程中建立和发展起来的。原子是组成物质的基本单元。原子光谱的研究对于分子结构、固体结构也有重要意义。原子光谱的研究对激发器的诞生和发展起着重要作用,对原子光谱的深入研究将进一步促进激光技术的发展;反过来激光技术也为光谱学研究提供了极为有效的手段。原子光谱技术还广泛地用于化学、天体物理、等离子体物理等和一些应用技术学科之中。
    原子或离子的运动状态发生变化时,发射或吸收的有特定频率的电磁波谱.原子光谱的覆盖范围很宽,从射频段一直延伸到X射线频段,通常,原子光谱是指红外、可见、紫外区域的谱.

    原子光谱中某一谱线的产生是与原子中电子在某一对特定能级之间的跃迁相联系的.因此,用原子光谱可以研究原子结构.由于原子是组成物质的基本单位,原子光谱对于研究分子结构、固体结构等也是很重要的.另一方面,由于原子光谱可以了解原子的运动状态,从而可以研究包含原子在内的若干物理过程.原子光谱技术广泛应用于化学、天体物理学、等离子物理学和一些应用技术科学中.

分子光谱
molecular spectra

   分子能级之间跃迁形成的发射光谱和吸收光谱。分子光谱非常丰富,可分为纯转动光谱、振动 - 转动光谱带和电子光谱带。分子的纯转动光谱由分子转动能级之间的跃迁产生,分布在远红外波段,通常主要观测吸收光谱;振动 - 转动光谱带由不同振动能级上的各转动能级之间跃迁产生,是一些密集的谱线,分布在近红外波段,通常也主要观测吸收光谱;电子光谱带由不同电子态上不同振动和不同转动能级之间的跃迁产生,可分成许多带,分布在可见或紫外波段,可观测发射光谱。非极性分子由于不存在电偶极矩,没有转动光谱和振动-转动光谱带,只有极性分子才有这类光谱带。
   分子光谱是提供分子内部信息的主要途径,根据分子光谱可以确定分子的转动惯量、分子的键长和键强度以及分子离解能等许多性质,从而可推测分子的结构。

核磁共振

nuclear magnetic resonance, NMR

  是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。

  核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。

并不是是所有原子核都能产生这种现象,原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核自旋产生磁矩,当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。在交变磁场作用下,自旋核会吸收特定频率的电磁波,从较低的能级跃迁到较高能级。这种过程就是核磁共振。

核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来,它以极快的速度得到发展。其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。

核磁共振是一种物理现象,作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域,到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆,把它称为核磁共振成像术(MR)。

MR是一种生物磁自旋成像技术,它是利用原子核自旋运动的特点,在外加磁场内,经射频脉冲激后产生信号,用探测器检测并输入计算机,经过处理转换在屏幕上显示图像。

MR提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术,而且不同于已有的成像术,因此,它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影;不需注射造影剂;无电离辐射,对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

MR也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT,带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MR的检查,另外价格比较昂贵。

核磁共振技术的历史
1930年代,物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究,拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。

1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。

人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途,化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响,发展出了核磁共振谱,用于解析分子结构,随着时间的推移,核磁共振谱技术不断发展,从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图,核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强,进入1990年代以后,人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术,使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。
1946年,美国哈佛大学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫宣布,他们发现了核磁共振NMR。两人因此获得了1952年诺贝尔奖。核磁共振是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场(处在无线电波波段)同时作用下,当满足一定条件时,会产生共振吸收现象。核磁共振很快成为一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。目前,核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。  
    原子核由质子和中子组成,它们均存在固有磁矩。可通俗的理解为它们在磁场中的行为就像一根根小磁针。原子核在外加磁场作用下,核磁矩与磁场相互作用导致能级分裂,能级差与外加磁场强度成正比。如果再同时加一个与能级间隔相应的交变电磁场,就可以引起原子核的能级跃迁,产生核磁共振。可见,它的基本原理与原子的共振吸收现象类似。  
    早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究,如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等,后来广泛应用于分子组成和结构分析,生物组织与活体组织分析,病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。对于孤立的氢原子核(也就是质子),当磁场为1.4T时,共振频率为59.6MHz,相应的电磁波为波长5米的无线电波。但在化合物分子中,这个共振频率还与氢核所处的化学环境有关,处在不同化学环境中的氢核有不同的共振频率,称为化学位移。这是由核外电子云对磁场的屏蔽作用、诱导效应、共厄效应等原因引起的。同时由于分子间各原子的相互作用,还会产生自旋-耦合裂分。利用化学位移与裂分数目,就可以推测化合物尤其是有机物的分子结构。这就是核磁共振的波谱分析。20世纪70年代,脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了,它使C13谱的应用也日益增多。用核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。  
    最早的核磁共振成像实验是由1973年劳特伯发表的,并立刻引起了广泛重视,短短10年间就进入了临床应用阶段。作用在样品上有一稳定磁场和一个交变电磁场,去掉电磁场后,处在激发态的核可以跃迁到低能级,辐射出电磁波,同时可以在线圈中感应出电压信号,称为核磁共振信号。人体组织中由于存在大量水和碳氢化合物而含有大量的氢核,一般用氢核得到的信号比其他核大1000倍以上。正常组织与病变组织的电压信号不同,结合CT技术,即电子计算机断层扫描技术,可以得到人体组织的任意断面图像,尤其对软组织的病变诊断,更显示了它的优点,而且对病变部位非常敏感,图像也很清晰。  
    核磁共振成像研究中,一个前沿课题是对人脑的功能和高级思维活动进行研究的功能性核磁共振成像。人们对大脑组织已经很了解,但对大脑如何工作以及为何有如此高级的功能却知之甚少。美国贝尔实验室于1988年开始了这方面的研究,美国政府还将20世纪90年代确定为“脑的十年”。用核磁共振技术可以直接对生物活体进行观测,而且被测对象意识清醒,还具有无辐射损伤、成像速度快、时空分辨率高(可分别达到100μm和几十ms)、可检测多种核素、化学位移有选择性等优点。美国威斯康星医院已拍摄了数千张人脑工作时的实况图像,有望在不久的将来揭开人脑工作的奥秘。  
    若将核磁共振的频率变数增加到两个或多个,可以实现二维或多维核磁共振,从而获得比一维核磁共振更多的信息。目前核磁共振成像应用仅限于氢核,但从实际应用的需要,还要求可以对其他一些核如:C13、N14、P31、S33、Na23、I127等进行核磁共振成像。C13已经进入实用阶段,但仍需要进一步扩大和深入。核磁共振与其他物理效应如穆斯堡尔效应(γ射线的无反冲共振吸收效应)、电子自旋共振等的结合可以获得更多有价值的信息,无论在理论上还是在实际应用中都有重要意义。核磁共振拥有广泛的应用前景,伴随着脉冲傅里叶技术已经取得了一次突破,使C13谱进入应用阶段,有理由相信,其它核的谱图进入应用阶段应为期不远。  

另一方面,医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象,利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息,从而精确绘制人体内部结构,在这一理论基础上1969年,纽约州立大学南部医学中心的医学博士达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功的将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来,在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯尔于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术(MRI),并且应用他的设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊地内部结构图像。劳特伯尔之后,MRI技术日趋成熟,应用范围日益广泛,成为一项常规的医学检测手段,广泛应用于帕金森氏症、多发性硬化症等脑部与脊椎病变以及癌症的治疗和诊断。2003年,保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。 其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。

核磁共振的原理
核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。

根据量子力学原理,原子核与电子一样,也具有自旋角动量,其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定,实验结果显示,不同类型的原子核自旋量子数也不同:

质量数和质子数均为偶数的原子核,自旋量子数为0
质量数为奇数的原子核,自旋量子数为半整数
质量数为偶数,质子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数
迄今为止,只有自旋量子数等于1/2的原子核,其核磁共振信号才能够被人们利用,经常为人们所利用的原子核有: 1H、11B、13C、17O、19F、31P

由于原子核携带电荷,当原子核自旋时,会由自旋产生一个磁矩,这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同,大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中,若原子核磁矩与外加磁场方向不同,则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转,这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动,称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。

原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定,也就是说,对于某一特定原子,在一定强度的的外加磁场中,其原子核自旋进动的频率是固定不变的。

原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关,根据量子力学原理,原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的,而是由原子核的磁量子数决定的,原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃,而不能平滑的变化,这样就形成了一系列的能级。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后,就会发生能级跃迁,也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。

为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁,需要为原子核提供跃迁所需要的能量,这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候,射频场的能量才能够有效地被原子核吸收,为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核,在给定的外加磁场中,只吸收某一特定频率射频场提供的能量,这样就形成了一个核磁共振信号.
核磁共振的应用
NMR技术
核磁共振频谱学
NMR技术即核磁共振谱技术,是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说,核磁共振谱扮演了非常重要的角色,核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。目前对核磁共振谱的研究主要集中在1H和13C两类原子核的图谱。

对于孤立原子核而言,同一种原子核在同样强度的外磁场中,只对某一特定频率的射频场敏感。但是处于分子结构中的原子核,由于分子中电子云分布等因素的影响,实际感受到的外磁场强度往往会发生一定程度的变化,而且处于分子结构中不同位置的原子核,所感受到的外加磁场的强度也各不相同,这种分子中电子云对外加磁场强度的影响,会导致分子中不同位置原子核对不同频率的射频场敏感,从而导致核磁共振信号的差异,这种差异便是通过核磁共振解析分子结构的基础。原子核附近化学键和电子云的分布状况称为该原子核的化学环境,由于化学环境影响导致的核磁共振信号频率位置的变化称为该原子核的化学位移。

耦合常数是化学位移之外核磁共振谱提供的的另一个重要信息,所谓耦合指的是临近原子核自旋角动量的相互影响,这种原子核自旋角动量的相互作用会改变原子核自旋在外磁场中进动的能级分布状况,造成能级的裂分,进而造成NMR谱图中的信号峰形状发生变化,通过解析这些峰形的变化,可以推测出分子结构中各原子之间的连接关系。

最后,信号强度是核磁共振谱的第三个重要信息,处于相同化学环境的原子核在核磁共振谱中会显示为同一个信号峰,通过解析信号峰的强度可以获知这些原子核的数量,从而为分子结构的解析提供重要信息。表征信号峰强度的是信号峰的曲线下面积积分,这一信息对于1H-NMR谱尤为重要,而对于13C-NMR谱而言,由于峰强度和原子核数量的对应关系并不显著,因而峰强度并不非常重要。

早期的核磁共振谱主要集中于氢谱,这是由于能够产生核磁共振信号的1H原子在自然界丰度极高,由其产生的核磁共振信号很强,容易检测。随着傅立叶变换技术的发展,核磁共振仪可以在很短的时间内同时发出不同频率的射频场,这样就可以对样品重复扫描,从而将微弱的核磁共振信号从背景噪音中区分出来,这使得人们可以收集13C核磁共振信号。

近年来,人们发展了二维核磁共振谱技术,这使得人们能够获得更多关于分子结构的信息,目前二维核磁共振谱已经可以解析分子量较小的蛋白质分子的空间结构。

MRI技术

核磁共振成像
核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水,不同的组织,水的含量也各不相同,如果能够探测到这些水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像,核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布,进而探测人体内部结构的技术。

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同,核磁共振成像技术改编的是外加磁场的强度,而非射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的梯度磁场,这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化,每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场,这样,位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应,通过记录这一反应,并加以计算处理,可以获得水分子在空间中分布的信息,从而获得人体内部结构的图像。

核磁共振成像技术还可以与X射线断层成像技术(CT)结合为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。

核磁共振成像技术是一种非介入探测技术,相对于X-射线透视技术和放射造影技术,MRI对人体没有辐射影响,相对于超声探测技术,核磁共振成像更加清晰,能够显示更多细节,此外相对于其他成像技术,核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变,而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。在帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面,MRI技术都发挥了非常重要的作用。

MRS技术
核磁共振测深

核磁共振探测是MRI技术在地质勘探领域的延伸,通过对地层中水分布信息的探测,可以确定某一地层下是否有地下水存在,地下水位的高度、含水层的含水量和孔隙率等地层结构信息。

目前核磁共振探测技术已经成为传统的钻探探测技术的补充手段,并且应用于滑坡等地质灾害的预防工作中,但是相对于传统的钻探探测,核磁共振探测设备购买、运行和维护费用非常高昂,这严重地限制了MRS技术在地质科学中的应用。

核磁共振的特点
①共振频率决定于核外电子结构和核近邻组态;②共振峰的强弱决定于该组态在合金中所占的比例;③谱线的分辨率极高。


磁共振成像的优点
与1901年获得诺贝尔物理学奖的普通X射线或1979年获得诺贝尔医学奖的计算机层析成像(computerized tomography, CT)相比,磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。具体说来有以下几点:

对人体没有游离辐射损伤;
各种参数都可以用来成像,多个成像参数能提供丰富的诊断信息,这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。例如肝炎和肝硬化的T1值变大,而肝癌的T1值更大,作T1加权图像,可区别肝部良性肿瘤与恶性肿瘤;
通过调节磁场可自由选择所需剖面。能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像。对于椎间盘和脊髓,可作矢状面、冠状面、横断面成像,可以看到神经根、脊髓和神经节等。能获得脑和脊髓的立体图像,不像CT(只能获取与人体长轴垂直的剖面图)那样一层一层地扫描而有可能漏掉病变部位;
能诊断心脏病变,CT因扫描速度慢而难以胜任;
对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于CT;
原则上所有自旋不为零的核元素都可以用以成像,例如氢(1H)、碳(13C)、氮(14N和15N)、磷(31P)等。

(来源: 来宝网 )


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