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溶液中，溶质分子和溶剂分子之间存在着多种相互作用(范德瓦尔斯力、氢键等)，这些作用反映在溶质分子光谱上，会出现分子某个振动峰的频移、峰强度和线宽变化的现象。随着化学、生物学、单分子科学等研究的进展，人们对于更深层次研究溶剂效应的需要变得相当迫切。大多数的化学反应、生物学生理功能的完成都是在溶液中进行的。其中有许多反应还要受到所处溶剂环境的影响，依赖溶剂的支持才可以实现。这时的溶剂效应变得十分重要，研究溶剂效应的意义就十分重大。例如生物分子酶跟底物间的作用，必须要在体液中才可以进行，其生理功能才能正常实现。不仅溶剂极性变化时溶质分子光谱的某些振动峰会出现频移等变化，而且随浓度变化时也会出现变化。因而，对于溶剂效应的研究既有理论意义又有广泛的应用前景。
本文对小分子丙酮的vC=O振动和生物分子β-胡萝卜素的vC=C振动峰在十几种溶剂中受到溶剂效应影响的频移△v值进行了测量，来验证vC=O振动和vC=C振动跟Kirkwood参数ε+1/2ε+1和受体数AN间的关系。从溶剂内部所存在的各种作用(偶极力、色散力等)对能级结构的影响出发，讨论了丙酮vC=O振动的n-π*电子跃迁的和β-胡萝卜素的vC=C振动的π→π电子跃迁能级基态和激发态受到溶剂效应的稳定化作用时，导致能级宽度上变化的原因。对这时红外和拉曼光谱频率移动做定性分析。对所得到的丙酮的频移数据，我们还用自恰反应场(SCRF)理论，在RHF/6-31+G(D)水平上用Gaussian98程序做了Hartree-Fock量子化学计算。修正后的数据跟实验进行了比较。经过实验和理论计算，我们试图寻找一个适合vC=O溶剂效应的理论模型及确定有关参数，以使这种理论模型可以正确的反映出vC=O随溶剂极性变化和溶液浓度变化时候导致频移变化。
由于丙酮的C=O官能团是一个极性键，而β-胡萝卜素的C=C共轭双键是一个非极性键，都有很强的K带吸收，使用普通的红外手段和共振拉曼就可以得到较强的光谱。实验内容丰富。丙酮的C=O键和β-胡萝卜素的C=C共轭双键本身都是一些生物分子重要的官能团，一些生物分子的生理作用正是通过这些官能团实现的。选用光谱比较简单的丙酮和β-胡萝卜素进行系统研究，将为复杂生物分子光谱的研究带来方便。实验结果与量子化学计算结果的对比，不仅可以对我们建立新的理论模型以及相关参数的确定有帮助，而且可以为我们寻找合适的理论提供参考。而且计算的本身可以提供分子对称性、振动模相对强度、偶极矩等数据。
实验分为丙酮在各种溶剂中的红外光谱部分以及丙酮和β-胡萝卜素在各种溶剂中的拉曼光谱和共振拉曼部分。其中红外部分是在Nicolet360FT-IR红外光谱仪上进行的，所用的样品池是NaCl液体槽。丙酮和β-胡萝卜素的拉曼光谱是在法国产的dilorOmars89型拉曼光谱仪上进行测量的，该拉曼光谱仪使用外部共聚焦系统，光栅的分光精度为±1cm-1，采用CCD作为光电转化装置，用石英毛细管做样品池。红外光谱和拉曼光谱在测量分子结构上各有优势互为补充。在我们的实验中，红外光谱的优势表现在它可以避开荧光的干扰。而拉曼光谱可以测量水等溶剂，由于采用共振拉曼光谱技术加上外部腔共聚焦系统也可以得到足够精确的光谱数据。按照1∶9的体积比将丙酮跟各种溶剂混合。用光学分析天平称量的β-胡萝卜素溶于各种溶剂得到0.1mol/L的溶液。配置后的溶液分别用Nicolet360FT-IR红外光谱仪和dilorOmars89型拉曼光谱仪进行测量和数据采集。
实验验证了C=O频移跟受体数和Kirkwood参数ε-1/2ε+1间的线性关系。文中对得到的红外光谱下丙酮vC=O振动的频移、拉曼光谱下丙酮vC=O振动和β-胡萝卜素的vC=C振动的频移进行了分析。分别用KBM方程vv-vs/vv=K·ε-1/2ε+1(ε为介电常数)和给体-受体理论Gutmann方程vv-vs/vv=k·AN(AN为受体数)做相应的拟合曲线，根据标准误差以及点的相关系数的离散情况，我们可以看出vC=O的频移值跟受体数AN数之间存在着简单的线性关系，而与Kirkwood参数ε-1/2ε+1的线性关系符合程度差了一些。甚至有不少的点出现了较大的偏差。vC=C的频移值跟AN数和Kirkwood参数ε-1/2ε+1的线性关系符合的都不理想。对于丙酮的vC=O振动情况，之所以Gutmann方程比KBM方程更有效，是因为KBM方程建立在一个过于简单的连续腔内二原子谐振的模型基础上。实际上此时溶剂效应下振动频率的改变决定与局部结合效应，而非介电效应[49]。KBM方程适合于介电效应比较强的溶剂环境。Gutmann方程的给体-受体理论能够反映这种局部结合效应，提供了一个解决溶质-溶剂相互作用对于振动频率受溶剂效应影响的方法。在我们的实验中个别的点(甲醇等)的数据跟AN之间偏差较大，这可能是在溶剂中形成了氢键作用或络合物的结果。
理论的计算和实验数据比较，我们发现计算的结果跟测量结果个别数据偏差较大约有10cm-1的误差。这对于研究频移来说精度是远远不够的。我们认为出现这样的误差的原因在于该计算是建立在连续介质模型基础上，用溶剂的介电常数来进行计算，是过于简化了溶剂内部的复杂性。我们必须采用能够反映局部精细结构的有效计算方法。例如QM-MM的计算方法，在修正后计算跟理论结果可能有更好的符合。
本文用丙酮和β-胡萝卜素做溶质，分别溶于苯、二甲亚砜、甲苯、无水乙醇、吡啶、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇、三溴甲烷、溴代苯、三氯甲烷、二氯乙烷、硝基甲烷、三乙胺、四氯化碳、水等共十几种不同的溶剂中进行实验，验证了极性键(vC=O)和非极性键(vC=C)在溶剂极性变化时频移跟受体数和Kirkwood参数ε-1/2ε+1的线性关系。我们认为Gutmann方程更适合研究极性溶质在溶剂中的情况，而且发现不同极性键跟AN数和Kirkwood参数ε-1/2ε+1的线性符合程度是不一样的。C=O官能团和C=C共轭双键官能团是一些生物分子重要的官能团，研究光谱简单的样品，能够为以后对复杂生物单分子研究提供理论基础和实验方法。当然实验也存在着有待改进的地方，例如没有对非极性溶质在溶剂的情况进行研究，有的拉曼峰因为荧光的问题，变的太弱精度太差而没有被采用。以后的实验中需要克服这些问题。