光谱分析是一种快速、准确检测物质成分和含量的有效方法,因此在工程实践中应用广泛。随着计算机技术的发展,利用量子化学方法开展光谱分析对探究分子体系结构特点和光谱特征更为方便,因此在光学工程领域得以迅速发展。在众多量子化学计算方法中,基于蒙特卡罗的全空间搜索方法可以保证在没有任何外加限制的基础上得到分子体系的所有可能结构,然后结合构型优化、高阶单点能计算以及重叠基组校正等计算过程,将结果进行整理分类和研究分析后,最终得到分子体系的代表构型,进而获取分子的稳定结构和光谱信息,这些对分析分子的组成成分、结构特点和性质功能等方面有着非常重要的意义。通过借助该方法,我们可以成功开展生物分子空间结构和溶液环境下溶质分子与溶剂分子之间微观相互作用以及光谱性质等方面的研究。本论文的主要内容包含如下几个方面:1.利用基于蒙特卡罗的全空间搜索方法研究了葡萄糖分子的空间结构特点,该方法与传统的生物分子体系空间结构的研究方法不同,所产生的初始结构更为随机和全面,因此确保了结果的准确度。该方法将全空间搜索得到的所有可能结构进行量子化学计算之后,分析整理计算结果,最终得到葡萄糖分子的两个代表构型Glc A和Glc B。结合光谱分析对比两个代表构型的结构以及光谱振动特征。2.在气相下葡萄糖分子的结构特征和光谱特性的基础上,分析讨论了葡萄糖分子的水合物结构特点,并完成了葡萄糖分子的第一水合壳层结构模型的研究。通过对比发现Glc·（H₂O）_n-1与Glc·（H₂O）_n（n=1～15）各阶段代表构型在结构上的联系,因而提出在Glc·（H₂O）_n-1最稳定代表构型的基础上,通过全空间搜索产生Glc·（H₂O）_n稳定性代表构型的方法,最终组建出完整的葡萄糖第一水合壳层结构模型。最后,分析总结了CPCM模型（Conductor-like Polarizable Continuum Model）下的葡萄糖分子、气相下的葡萄糖分子第一水合壳层结构和CPCM模型下的葡萄糖分子第一水合壳层结构的拉曼光谱特征,分别确定出不同水溶液模型的特点。3.在葡萄糖第一水合壳层结构的研究基础上,借鉴葡萄糖分子水合位的特点,我们研究了纤维二糖水合物的结构特征。在Cel A周围不同水合位上随机添加水分子组成所有可能的水合结构,然后再结合量子化学计算确定Cel A·（H₂O）_n（n=1～18）各个阶段水合物的代表构型,最终建立完整的纤维二糖第一水合壳层结构,最后将此结构进行光谱分析研究其分子振动规律。本论文主要研究了葡萄单糖的空间结构、葡萄糖分子的第一水合壳层结构和纤维二糖分子的第一水合壳层结构三个方面的内容。通过反复分析和验证,我们确定出研究分子体系结构和分子间微观相互作用的方法,该研究方法的建立使得生物分子空间结构和溶液模型等相关问题的研究变得更加简便。在实际的生活应用中,该研究方法也有很大的作用,例如在科研领域、医疗病理研究、药物研发以及预测疾病发生和治疗等方面提供了理论基础和研究依据。