水是一个极具吸引力的科学话题,这种简单而奇特的物质参与了自然界的许多现象。液态水及水溶液的微观结构是目前最基础和最具挑战性的研究课题之一。从分子水平上认识液态水和水溶液体系的微观结构和性质对从本质上理解相关领域的基本问题意义重大。水分子间的氢键作用是影响液态水微观结构的主要原因,进而影响其宏观物理化学性质。氢键网络是水分子之间通过氢键相互作用形成的,由于水溶液中氢键网络的复杂行为,其宏观物理化学性质不局限于液态水自身的性质。目前,研究液态水和水溶液的微观结构,建立液态水和水溶液的宏观性质与微观结构之间的联系,依然是水科学研究的热点之一。本论文采用拉曼光谱作为主要研究手段,对四个具有典型氢键作用的水溶液体系进行了研究,并从分子层面上阐述了氢键作用对微观结构的影响。通过对水溶液体系的宏观物理特性和微观结构进行分析,建立相应的氢键-微观结构-物理特性的相关模型。选用二甲基亚砜（DMSO）、四氢呋喃（THF）、甲醇、聚乙烯醇（PVA）四种有机物,与纯水以不同配比配置实验样品,利用课题组的拉曼光谱仪及其分析软件,结合表面张力和粘度随浓度的变化规律,开展了一系列液态水及水溶液的微观氢键结构与宏观物理性质的研究,并取得了以下研究结果:1.对二甲基亚砜水溶液的拉曼光谱研究发现,随着二甲基亚砜浓度增加,S=O伸缩振动模式归属的拉曼峰峰位向高波数移动,O-H伸缩振动模式归属的拉曼峰峰位向低波数移动。这证明了二甲基亚砜分子与水分子相互作用形成了氢键。实验结果表明,随着溶液中二甲基亚砜浓度升高,溶液的表面张力减小;溶液的粘度先增大后减小,呈二次函数趋势。在浓度为0.7时,达到最大。随着二甲基亚砜含量逐渐增多,氢键网络结构由DMSO·H2O转变为一个水分子与多个二甲基亚砜分子相互作用的新氢键网络结构。溶液中氢键网络结构的变化使溶液粘度发生改变。2.通过定量拉曼实验测定不同浓度的四氢呋喃-水混合物中分子间缔合程度的变化。对800-1000 cm-1区域的拉曼峰去卷积为三个子峰,分别为v（C-O）模式、v（C-C）模式以及受氢键作用影响形成的的特征峰。随四氢呋喃浓度增大,氢键作用归属的拉曼峰峰强增强,峰位向低波数方向偏移。在高度稀释的情况下,四氢呋喃分子优先与水分子相互作用,水中的四面体氢键结构因此断裂。这时,一个四氢呋喃分子与周围的两个水分子形成的双氢键结构。四氢呋喃含量增加后,双氢键结构断裂,形成单氢键结构。四氢呋喃相对含量高时,表面张力仅在小范围内波动。说明双氢键结构和单氢键结构对表面张力影响不大,对粘度有较大影响。3.使用拉曼光谱测量不同浓度的甲醇水溶液,分析其中甲醇分子和水分子之间的氢键作用。在摩尔比（nCH3OH:nH2O）低于1:3或高于3:1时,C-O伸缩振动模式归属的特征峰几乎没有平移,C-H伸缩振动模式归属的特征峰红移。摩尔比高于1:3且低于3:1时,C-O伸缩振动模式归属的特征峰蓝移,且C-H伸缩振动模式归属的特征峰红移。随着甲醇的加入,水的表面张力被削弱,这是界面上的溶质耗尽所致。溶液浓度变化,甲醇分子与水分子结合成的氢键网络结构随之变化,这致使混合溶液的粘度发生变化。4.使用拉曼光谱测量不同浓度的分子量不同的聚乙烯醇水溶液,分析其中聚乙烯醇分子和水分子之间的氢键作用。随着溶液浓度的变化,CH伸缩振动和OH伸缩振动模式归属的特征峰的峰移是不同的。随着聚乙烯醇浓度的增加,OH伸缩振动模式归属的拉曼峰峰宽减小且红移。CH伸缩振动对应的拉曼峰峰强逐渐增大,并向高波数移动。聚乙烯醇含量的增加导致溶液中微观结构发生变化。聚乙烯醇的不断加入,会减弱聚乙烯醇-水混合物的表面张力,增大粘度。聚乙烯醇的分子量也会影响粘度。