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20世纪初物理学上有两个看似不相干的难题:1912年欧肯发现的低温氢气异常比热和1925年迈克发现的氢分子谱线强度变化效应。对这些谜题的解释导致了氢核自旋变体的发现,这是新物理学（量子力学）的里程碑。核自旋变体在核磁共振（NMR）和天体物理学中有着重要的应用。研究表明,在均相和非均相催化过程中,使用仲氢可以使NMR信号增强3到5个数量级。探测分子光谱和天体物理学中的核自旋变体中正/仲比值有助于了解外层空间的条件。现代对核自旋变体的解释是基于量子统计的。氢自旋变体因分子中两个质子的总自旋而异,I=1表示正氢（对称自旋态）,I=0表示仲氢（反对称自旋态）。利用群理论,我们可以在相似的基础上考虑多原子分子中的核自旋变体。不对称陀螺水分子（H-2O）和对称陀螺CH-3F分子具有类似于氢的正和仲两种核自旋变体。甲烷（CH4）具有三种核自旋变体。乙烯（C2H4）分子有四种核自旋变体。上述有核自旋变体的分子中都有分子转动对称轴,有一种核自旋变体存在于不具有整体的旋转对称性的分子中,但含有对称的原子群,如甲基,CH3等。这些基团在其局部对称轴周围进行扭动。甲醇是具有扭动的最简单的非对称代表性分子。甲醇分子绕甲基对称轴相对于羟基做内部转动（又称扭动）。这种扭动与其他运动模式的相互作用既使得甲醇分子的结构非常复杂和光谱十分密集,又使得甲醇分子核自旋变体的实验和理论研究具有很大的挑战。气相甲醇分子的两种核自旋变体的转换率已在实验上得到测定,但是,阐明甲醇分子核自旋变体这一转换现象的量子模型和理论还尚未有人提出。本论文利用研究甲醇光谱的两种常用方法对此进行了研究,其内容适用于甲醇及类甲醇分子。利用RAM（Rho-Axis Method,ρ轴法）首次建立了具有甲基扭动类分子的核自旋变体转换的理论模型;利用IAM（Internal-Axis Method,内部转动轴法）推导出了甲醇分子两种核自旋变体转换率的解析表达式,数值计算了实验条件下的转换率,得到了与实验值接近的计算结果;并将这两种方法拓展到处于外电场中的甲醇分子。本论文的主要研究内容及所得结论如下:（1）本文对采用RAM解释正-仲甲醇相互转换现象的物理机制进行了研究。利用对称陀螺近似的扭动-转动哈密顿量计算得到甲醇分子的能级进行配分函数及玻尔兹曼因子的计算,并对对称陀螺近似计算的能级及波函数的精度进行了估计。对RAM中构成总波函数的转动波函数、扭动波函数、自旋波函数在置换-反演组G6操作下进行了全面的分析。并对核自旋-自旋和核自旋-转动相互作用矩阵元及相互作用强度进行了推导,计算了核自旋-自旋相互作用贡献的甲醇分子核自旋变体转换的转换率,对核自旋-转动相互作用项进行了估算。最终发现对于正-仲甲醇相互转换贡献最大的能级对为扭动基态的（J’=25,K’=2,σ’=1）-（J=24,K=4,p=1）,核自旋-转动相互作用的估计为2.0kHz。（2）利用IAM计算得到与实验值接近的正-仲甲醇相互转换的转换率,甄别出了转换过程最重要的途径及相互作用类型。建立了可以用于独立计算核自旋-转动相互作用的理论模型,将能级从扭动基态扩展到了第三激发态,发现由核自旋-转动相互作用诱导的对转换率贡献最大的两个能级对为（υt,J,K,p）-(υt’,J’,K’,σ’=（3,34,1,0）-（3,35,0,1）和（0,22,5,p）*-（0,21,6,-1）。核自旋-自旋贡献的正-仲甲醇的转换率与RAM接近,贡献最大的能级对为（0,24,4,1）—（0,25,2,1）。在温度为300 K及气压为1 Torr情况下计算得到的核自旋变体转换率为1.4×10-2 s-1,其与实验测试得到的值2.1×10-2s-1相近,其中贡献最大的能级对为（3,34,1,0）-（3,35,0,1）,核自旋-转动相互作用起主导作用。（3）在外电场下利用IAM和RAM为不对称陀螺甲醇分子建立了核自旋变体转换斯塔克效应的理论模型,并对两种方法的转换率随电场的变化规律进行了计算和分析。对IAM中8对能级对在外加电场转换率的研究表明在适于实验操作的电场范围对甲醇核自旋变体转换贡献最大的为能级对（0,24,4,1）-（0,25,2,1）和（3,34,1,0）-（3,35,0,1）。通过研究能级交叉共振发现气压为0.2 Torr时,对能级对（0,24,4,1）-（0,25,2,1）贡献最大的次能级对为（υt,J,K,p,M）-（υt’,J’,K’,σ,M’）=（0,24,4,1,-21）-（0,25,2,1,-22）。探索到在特定的正-仲次能级处,转换率与气压的倒数成正比,表明甲醇分子的核自旋变体转换受量子弛豫控制。RAM中相同能级对的转换率随电场的变化规律与IAM相同,0.2 Torr气压下能级对（0,24,4,1）-（0,25,2,1）在-25 ≤M≤-13范围内的转换率依赖于核自旋-转动中的次能级对（0,24,4,1,M’+1）-（0,25,2,1,M’）。