水是生命之源,对其性质及结构进行研究至关重要。科研人员采用了大量的实验手段和理论模型对水进行了多角度的研究,获得的成果也是与日俱增。水体系的氢键网络在水分子物化性质上扮演着重要的角色,由于拉曼光谱对水分子局部环境的敏感性,能够通过分子伸缩带的变化反映出氢键结构变化的重要信息,被广泛用于水氢键结构的研究,尤其是受激拉曼散射出现后,更是取得了突破性的进展。我们用自发拉曼散射、受激拉曼散射与激光诱导击穿相结合的方法对不同体积比水和重水混合的溶液进行了研究,分析了同位素取代在常规环境与极端条件下对水和重水氢键结构产生的影响。研究表明:1.首先,测量了水中加入不同体积比重水的混合溶液的自发拉曼散射光谱,并对所获光谱采取五组分模型进行高斯分峰拟合处理。五个组分分别代表类冰四面体氢键结构,水中的四面体氢键结构,单供体氢键结构,单氢键结构,非氢键结构。水在同位素取代比例增加后,代表冰状四面体氢键结构的拉曼峰由3043cm^-1持续频移至3099 cm^-1处,水中四面体氢键结构对应的拉曼峰仅在初次进行同位素取代时由3235 cm^-1频移至3275 cm^-1处,而后保持不变,单供体氢键结构、单氢键结构、非氢键结构对应的拉曼峰不发生频移,我们认为同位素取代只对四面体氢键结构产生影响。然后,对重水进行了相同的实验操作,得到的结果与水一致,进一步验证了我们观点的正确性。2.其次,用能量为45 mJ,波长为355nm,脉宽为6ns的激光来激发不同体积比水和重水的混合溶液,获得其前向受激拉曼散射光谱。强激光入射后,除作为激发光外,还会使样品发生激光诱导击穿,产生激光诱导等离子体与过量的电子,等离子体扩散形成冲击波还会对液体进行压缩,产生一个极端环境,使得在受激拉曼散射光谱中会出现普通环境下无法产生的反常拉曼峰。在此条件下,同位素取代只对四面体氢键结构产生影响与自发拉曼散射得到的结论一致,但同位素取代对水和重水氢键结构的改变不完全相同:对水而言,同位素取代促进其氢键结构由四面体结构向非四面体结构进行转变;但对重水而言,同位素取代促进其氢键结构由四面体结构向非氢键结构进行了转变。并且,同位素取代还会改变水与电子的结合方式,促进其由强结合向弱结合转变。