结晶广泛地存在于物理、化学、化工和材料科学等领域中。目前研究人员主要从动力学角度或溶液化学角度研究结晶的本质。然而对于溶液结晶过程中结构演变、化学键合模式的变化、化学反应驱动产物的成核和生长等问题研究较少。随着高分辨光谱及原位技术的发展,原位拉曼光谱技术可以实现一系列随时间变化的微观物理化学行为的研究,该技术对于化学反应机理研究和溶液结晶调控具有重要意义。本论文主要利用原位拉曼光谱研究反应结晶和溶液结晶过程,旨在研究水溶液结晶过程中分子振动模式、溶液结构、化学键的变化等,具体研究内容如下:1.采用原位微区拉曼光谱研究反应对石膏(CaSO4·2H2O)结晶过程的影响。在CaCl2和Na2SO4等浓度反应条件下,发现石膏的形成时间和结晶速率与反应物浓度有关,表明石膏结晶是由化学反应动力学和结晶动力学控制。非等浓度反应过程中过量的反应物明显地改变了石膏的沉淀反应和结晶过程。液滴形貌演化图表明沉淀反应驱动的结晶路径与自发溶液结晶路径不同。拉曼信号与形貌信息结合得出整个过程包括化学反应、非晶前体聚集、成核和晶体生长。该方法有助于在分子水平上进行对石膏沉淀结晶机理的物理化学研究。2.以KDP(KH2PO4)、NaDP(NaH2PO4)溶液为研究对象,利用原位微区拉曼光谱研究钠和钾离子对H2PO4-溶液团簇聚合及化学键振动的影响,讨论单价阳离子(K+,Na+)、溶液浓度对H2PO4-分子的成核诱导时间和拉曼位移的影响,结果表明:拉曼位移变化、成核诱导时间随阳离子溶液电负性的增加、浓度的降低而增大。在结晶过程中,对P(OH)2、PO2振动偏移的原因进行分析,研究溶液团簇构型及化学键的演变趋势,深化溶液结晶过程中对溶液结构和化学键的理解。3.利用原位拉曼光谱识别结晶过程中尿素分子对称性、结构的变化。随着溶剂挥发,拉曼光谱能够灵敏地识别尿素分子的特征振动随化学环境的变化而发生位移。通过C=O、C-N、N-H键和水在光谱中的峰位置及强度变化,得出在结晶过程中其化学环境变化为:C=O键与水分子间的氢键弱于C=O键与N-H键形成的分子间氢键,溶质分子的N-H键与水分子作用减弱,尿素分子间形成氢键能力增强,即在氢键的驱动下逐渐发生尿素分子间聚集的过程。