1.8　氢键的研究方法

有关氢键的结构、能量以及动力学研究始终是实验和理论研究的重要内容^{［6，10，11，23］}。核磁共振（NMR）和红外（IR）技术是研究分析氢键的常规实验技术。质子在形成氢键后其位移会向低场移动，而形成氢键的分子的振动模式也会发生变化，从而验证氢键的形成。在液相和固相中，氢键的形成会受溶剂及周围其它分子的影响或干扰。在气相中，这些影响得以避免，所得实验结果可以和量子化学计算相互比较。近年来，激光技术发展迅速，使得化学家能够利用超声束形成研究体积和质量选择性的分子簇合物，为研究小分子形成的氢键提供了新的方法^［24］。这一技术也可与高分辨红外和紫外光谱结合，为更深入地揭示氢键的结构特征和动力学提供了可能^{［24，25］}。有关水簇（water cluster）和质子化水簇的研究即是这些新技术应用的突出的例子^{［26，27］}。对H₃O⁺-（H₂O）_n质子水簇的红外光谱研究清晰地揭示出，小体积的簇可以通过氢键形成二维网络，而大的簇（n≥21）则形成纳米尺度的氢键笼^［26］。

理论计算也广泛应用于氢键研究^［28］。由于计算中使用的基组（basic set）对计算的键长、键角、电子性质、作用能和振动光谱等都有重要影响，不同的方法和基组结合在一起进行计算，有助于找到更可靠的方法，从而获得更为可靠的几何参数和能量值^［29］。

晶体结构分析技术提供了更直接的研究氢键的手段。低温技术的广泛应用，程序化的数据分析处理软件，以及衍射仪器的不断改进，使得X射线衍射分析的应用快速普及，已经成为几乎所有实验室都能利用的研究氢键和开展结构鉴定的常规手段。中子衍射分析的应用也越来越广泛。

对于弱氢键，衍射分析更为重要，因为光谱方法在很多情况下检测不到弱氢键的存在。大量同类晶体数据的统计处理也是研究氢键的重要手段，不但能提供强弱氢键的d和θ等参数的分布规律，也能分析晶体中的超分子模式及网络结构等^［30-32］。目前国际上有很多晶体数据库，如“the Cambridge Structural Database （CSD）”，“the Protein Data Bank （PDB）”，“the Nucleic Acids Data Bank （NDB）”及“the Inorganic Crystal Structure Database （ICSD）”等。对于超分子化学研究，CSD数据库可能最重要，它收集了最多的单个分子和配合物的晶体结构。另一个开放数据库“Crystallography Open Database （COD）”也很有用，提供了很多有机、无机及配合物分子的晶体结构。