DNA的结构是通过X射线衍射的方法确定的，那张X射线衍射的照片是科学史上非常著名的一张照片，是女科学家罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Elsie Franklin）拍的，后来得诺奖的三个人其实是偷了她的成果。威尔金斯嫉妒富兰克林的水平但是却比不上她，于是让沃森和克里克到她的实验室偷了她的笔记和照片，然后发了论文。很多讲科学史的节目都会讲到这个事情。
水分子的不太清楚
水分子的不太清楚
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这个问题应该看啥书才能知道答案？
为啥科学家能知道分子结构 比如水 是有两个氢原子一个氧原子 和原子之间的夹角？或者更复杂的分子比如dna 的结构的呢
想学一下 不知道看啥书
想学一下 不知道看啥书
测定物质的结构的方法很多，其原理也很难一一介绍。
以DNA为例子。为什么我们知道其中有四种碱基、核糖和磷酸的片段呢？这个应该是利用化学的方法将其降解成小分子片段再分别进行分析的。而其双螺旋结构则是由X光衍射的手段确定的。（我没有专门了解过，感觉思路是这样的。）
总之前面说的这些是为了说明分析方法的多样性，所以楼主的问题是比较宽泛的，某种程度上挺难回答的。
不知道楼主目前的学历（力）如何，所以就随便介绍些书。最为基础的就是《分析化学》（针对楼主的问题应当主要是定性分析）了，除此之外还有《仪器分析》。更为进一步就是各种《谱学导论》（这种书依然是general的那种）啊，核磁共振氢谱、碳谱什么的解谱相关的书，XRD的解析等等等等等。（深入的程度看个人想法）
P.S.1 某些最新操作可以直接观察到分子的形状了。。
如图，这是使用隧道扫描显微镜和原子力显微镜观察到的分子（DOI: 10.1126/science.1238187）：
![捕获.jpg]()
P.S.2 水分子的那个H-O-H的夹角咋测的我也挺想知道的。。
以DNA为例子。为什么我们知道其中有四种碱基、核糖和磷酸的片段呢？这个应该是利用化学的方法将其降解成小分子片段再分别进行分析的。而其双螺旋结构则是由X光衍射的手段确定的。（我没有专门了解过，感觉思路是这样的。）
总之前面说的这些是为了说明分析方法的多样性，所以楼主的问题是比较宽泛的，某种程度上挺难回答的。
不知道楼主目前的学历（力）如何，所以就随便介绍些书。最为基础的就是《分析化学》（针对楼主的问题应当主要是定性分析）了，除此之外还有《仪器分析》。更为进一步就是各种《谱学导论》（这种书依然是general的那种）啊，核磁共振氢谱、碳谱什么的解谱相关的书，XRD的解析等等等等等。（深入的程度看个人想法）
P.S.1 某些最新操作可以直接观察到分子的形状了。。
如图，这是使用隧道扫描显微镜和原子力显微镜观察到的分子（DOI: 10.1126/science.1238187）：
P.S.2 水分子的那个H-O-H的夹角咋测的我也挺想知道的。。
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由于这个问题和毕业设计有那么一点点点点点点的关系，所以有了一点点点点点点更多的了解。
（当然这个主要还是针对小分子）
微波谱（红外光谱）就是一种可以获得分子结构参数的实验方法。它主要涉及的是分子的振转能级。
举个例子，氯化氢（HCl）显然是个线形的分子，其结构参数只有键长。利用微波谱可以测得HCl的转动常数\(\tilde{B}\)，进而算得分子的转动惯量\(I\)，然后就可以得到键长了。
对于更复杂的分子，比如水分子（\(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\)），二氧化碳（\(\mathrm{CO}_2\)），要根据它们的振转光谱确定结构参数就需要有群论的知识。根据光谱判断分子的点群（对称性），进而算得结构参数。这是一个相当复杂的事情，我也并不很了解（因为我不做这个方向，而且目前群论学习困难中）。
所以对这个问题有兴趣的人可以找些微波谱相关的资料了解下（比如 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 这里的推荐）。
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