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应用量子力学、群论及晶体场理论，研究第一过渡型金属离子的3d轨道在不同对称性的晶体场中的分裂，以及3d电子在分裂轨道上的分布。并且通过研究d轨道能级分裂图和入射光使电子跃迁所产生的吸收光谱特征，结合实验测量结果，来解释宝石矿物的特征颜色和多色性成因。由此提供了研究宝石成色机理和宝石优化处理的理论依据。