水分子能透過氫鍵形成網絡結構，這種結構在生物、化學和物理等過程都相當重要。在液態水中，每個水分子藉由氫鍵與鄰近的水分子相連，形成複雜且高度動態的網絡。由於每個水分子參與的氫鍵數量不固定，且每個氫鍵的構型都不同，所以當一個水分子的氫鍵發生變化時，為了維持整體能量的平衡，與其相連的其他水分子也必須調整其氫鍵結構，這種特性使得科學家很難確定水分子之間是如何相互作用。在整個網絡中，水分子間的氫鍵會產生各種振動模式，其中又以200 cm⁻¹的低頻氫鍵伸縮模式為主，但因為這個頻率接近室溫下的熱能（1 kT = 207 cm⁻¹），所以傳統的光譜技術難以測量這個振動模式。除此之外，水中的離子（H⁺和OH⁻）會透過氫鍵網絡傳遞電荷並改變水的結構。根據Grotthuss機制，質子可以在氫鍵網絡中離域化（delocalize），但是科學家至今仍無法精確量化其在酸性或鹼性條件下，這種電荷轉移的程度到底有多大。那麼未來的科學家有辦法量化嗎？

近日，瑞士洛桑聯邦理工學院的研究團隊，開發了一種新型的振動光譜技術，相關振動光譜（correlated vibrational spectroscopy, CVS），並利用該技術成功量化了水在酸性和鹼性條件下電荷轉移程度。研究團隊利用CVS研究氫鍵網絡時發現，在鹼性溶液中，每個參與氫鍵的OH⁻離子會使氫鍵中的負電荷量比純水多8±1%；而在酸性溶液中，每個H₃O⁺接受的負電荷量則比純水少4±1%。透過量子化學計算，研究團隊還發現在鹼性溶液中，電荷會擴散到較外層的水分子；但在酸性溶液中，電荷則主要集中在較內層的水分子，這解釋了為何鹼性溶液能夠產生較大的電荷轉移。研究團隊也在實驗中意外發現：重水（D₂O）比一般水（H₂O）的氫鍵數量多出約9±0.3%。因為一般水中的氫原子質量較輕，移動性較大，這使得水分子之間的氫鍵較不穩定；反之，重水中的氘原子因為質量較重，移動性較小，反而使得水分子之間的氫鍵更穩定，這就解釋了為什麼實驗發現重水比一般水的氫鍵數量多。