水是我们生活环境中不可或缺的一种物质,在日常生活中用途很广泛。水溶液不但存在于江河湖海等自然环境中,还广泛存在于各生物组织细胞中。这些自然条件下的水通常以各种混合水溶液的形式存在。混合水溶液中溶质与水之间的分子间相互作用会改变水溶液的各种性质,其核心问题就是溶质的壳层水微观结构。因此,国内外有许多课题组对于各种壳层水进行了广泛的研究,对壳层水的研究方法也包含了几乎所有的实验技术和理论方法。即便人们做出了大量的努力来研究壳层水,然而由于水溶液的复杂性,以及溶液中分子快速的动力学特性等,对壳层水的理解还存在一些争议。本论文主要是提出了一种改良超额红外光谱新方法,使用该方法对醇类物质的壳层水结构进行了探讨。通过对壳层水的研究能够更深入地理解双亲分子与水分子之间的复杂相互作用。基于改良超额红外光谱,本文深入地探讨了甲醇水溶液和乙醇水溶液微观结构。在此基础上,还发展了红外光谱结合随机森林算法的模型用于白酒的乙醇含量快速测量。具体研究如下:（1）基于目前已有技术无法对含醇溶液的壳层水进行有效研究的问题,本文提出了改良超额红外光谱来对水分子独有的O-H弯曲振动谱峰进行研究。利用这个新方法提取出了丙酮水溶液、糠醛水溶液、乙腈水溶液三种有机物水溶液中的壳层水光谱,使用壳层水光谱探讨了这些溶质与水分子相互作用的强度,并用该光谱计算了它们第一壳层水的水分子数。相关结论与前人研究结论一致,表明了本文提出的改良超额红外光谱方法的准确性。（2）利用改良超额红外光谱对含醇类溶液的壳层水进行了研究。本文首先利用这个新方法提取出了乙醇、乙二醇、丁二醇水溶液中的壳层水光谱。结果显示水分子与乙醇、乙二醇、丁二醇的氢键相互作用比水分子与水分子的氢键相互作用都要强,并且下文还通过光谱计算了这些醇的第一壳层水分子数目。以上结论均表明该新方法可以有效地研究醇-水溶液。本文随后对乙醇水溶液和甲醇水溶液进行了全浓度研究,提取并计算出了不同浓度下的醇-水溶液的壳层水光谱和壳层水分子数。通过这些壳层水光谱,发现在不同浓度下醇-水溶液的微观结构不一致。在低于1.5%浓度时,醇分子通常以单个分子与水分子相互作用。随着浓度的增加（1.5%～10%）,一些醇分子开始协同地与水分子相互作用,此时醇分子与水分子的氢键相互作用会显著增强。这种基本结构通常可以持续存在到中等浓度（20%～50%）。在较高浓度时（50%～90%）,随着醇分子的增加,这种稳定结构会被打破,在溶液中还会出现大量醇的自聚集团簇。同时,通过对比甲醇与乙醇的壳层水谱峰位置可以看到甲醇与水的相互作用更弱一些,这也导致在相同浓度下甲醇的壳层水分子数目会更低。（3）上述改良超额红外光谱的结果显示不同浓度下的乙醇水溶液微观结构存在差异。由于这种结构差异使得醇-水溶液的红外光谱有区别,因此本文认为利用光谱的差异可以定量测量溶液中乙醇含量。基于以上结果,本文发展了一种使用傅里叶红外吸收光谱结合机器学习的方法来快速测量白酒的酒精度。通过对支持向量机算法和随机森林算法的详细比较,结果显示随机森林算法的预测精度更佳。因此本文选用了随机森林算法结合红外光谱测量了六款市售白酒的酒精度。本文的测量结果与标识值最大偏差仅为0.6度。该偏差小于白酒国家标准中规定的±1度,表明本文结合随机森林算法的傅里叶红外吸收光谱方法为白酒酒精度的快速测量提供了一种可行的方法。