测量重金属化合物氯化铬（CrCl3）、 氯化铜（CuCl2）、 氯化锌（ZnCl2）的可见-近红外反射光谱（VNIRS）, 将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来, 观察重金属化合物的反射光谱特征; 结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因。 以湖北大冶地区土壤样品为例, 向土样中添加不同浓度梯度的CrCl3, CuCl2和ZnCl2并测定其可见-近红外反射光谱, 研究不同种类不同浓度的重金属对土壤反射光谱的影响。 对样本的反射光谱进行不同光谱预处理, 探究重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系及显著相关（p<0.05）波段出现的位置和潜在机理。 结果表明, 重金属化合物CrCl3, CuCl2和ZnCl2在可见光-短波近红外波段范围内的反射光谱特征与重金属元素3d轨道上的电子填充状态有关。 添加入土壤中的重金属化合物影响了土壤的可见-近红外反射光谱, 其浓度与土壤反射光谱之间整体呈负相关, 最大负相关系数分别为-0.788, -0.880和-0.824。 样品反射光谱经不同预处理后, 重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系有所变化, 显著相关波段信息更加丰富。 研究表明, 重金属的可见-近红外反射光谱与重金属的电子结构紧密相关, 可见-近红外反射光谱技术可以检测到土壤中较高浓度重金属的存在, 该技术在快速高效、 无损低耗地预测土壤重金属元素含量方面拥有巨大潜力。 基于部分重金属化合物的可见-近红外反射光谱特征, 结合晶体场理论为土壤重金属的定性和定量反射光谱分析提供了理论依据和实验参考。

在晶体场理论(CF机制)和电荷转移机制(CT机制)的基础上，结合双自旋-轨道耦合参量模型、自旋哈密顿量的高阶微扰公式及晶场能量公式计算得到C3H7NO2∶VO2+ 晶体的自旋哈密顿量(EPR参量)和吸收光谱，及电荷转移跃迁能级.对比只采用CF机制和采用双重机制下的计算结果，发现高价钒离子(V4+)掺杂在C3H7NO2晶体中的CT机制对于其EPR参量的影响不能忽略.

采用晶体场理论和3d9电子组态在平面四角晶场中的g因子和超精细结构常数A的三阶微扰计算公式以及 CdCl2 :Cu2 + 晶体的局域结构与 EPR 谱之间的定量关系,合理解释了 CdCl2 :Cu2 + 晶体的 EPR 谱及局域晶体结构, 所得 EPR 参量与实验观测相符合。研究发现芯极化常数约为0.2827。平面四角键长的变化约为 0.013 nm。因此,CdCl2 晶体中掺杂Cu2 + 后,由于静态 Jahn-Teller 效应引起的晶格驰豫,导致晶格在平面四角内发生了 略微伸长的畸变。

应用不可约张量法和群的理论构造了三角对称晶场中3d3/3d7态离子的可完全对角化的120阶微扰哈密顿矩阵。矩阵中考虑了自旋轨道相互作用,自旋自旋相互作用和自旋其他轨道相互作用,利用该矩阵计算了YAG∶Cr3+晶体的基态能级、零场分裂参量,研究了自旋二重态对基态能级的贡献,理论计算值与实验值相符合,证明二重态对基态的贡献是不可忽略的。在此基础上,进一步研究了自旋轨道相互作用、自旋自旋相互作用和自旋其他轨道相互作用对YAG∶Cr3+晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现自旋自旋和自旋其他轨道相互作用对YAG晶体基态光谱精细结构和零场分裂参量的影响都是不可忽略的。通过理论计算值和实验值的比较,证实了在YAG∶Cr3+晶体光谱中扬特勒效应的存在。