稳定同位素

　　由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。

　　同位素分类

　　同位素可分为两大类：放射性同位素(radioactiveisotope)和稳定同位素(stableisotope)。

　　凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。无可测放射性的同位素是稳定同位素。

　　我们通常关注的稳定同位素为C、H、O、N、S五种，这五种稳定同位素是自然界中分别为广泛，是构成有机化合物的主要元素。

　　同位素技术的意义

　　稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于其能使这些生态和环境科学问题的研究定量化，并且是在没有干扰(如没有放射性同位素的环境危害)的情况下进行。

　　有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决，现在有许多农业研究机构和大学已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响的研究，以及食品质量控制等多方面的研究工作。

　　与原子能和地质研究工作相比，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作正处于方兴未艾的阶段，随着人类社会的发展，对农业的要求也越来越高，今后大力开展和普及运用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。

　　稳定同位素比质谱仪

　　稳定同位素的检测通常采用稳定同位素比质谱仪(也称气体稳定同位素质谱仪)。稳定同位素比质谱仪之所以又被成为气体稳定同位素比质谱仪是因为此类质谱只能对特定的气体进行检测，所有目标检测物都需要转化为对应的气体才能检测。

　　Sercon-GSL元素分析仪与 Sercon 20-20稳定同位素比质谱仪

　　稳定同位素比质谱具体组成

　　同位素检测的理论基础

　　由于稳定同位素在分子质量上的差异，所有在自然界或者人工加工过程中会产生同位素分馏现象。

　　例如：蒸发过程中的同位素分馏，H2O16比H2O18运动得更快，更容易扩散到水汽中，故随着蒸发的进行，剩下的水中H2O18越来越多。同理，H2O16比HDO16运动得更快，随着蒸发的进行，剩下的水中HDO16越来越多。

　　氢、氧稳定同位素的分布规律--纬度效应

　　再例如：大气CO2δ13C≈-6.4‰，但由于植物光合作用吸收利用CO2时歧视(排斥)13CO2(即同位素分馏)，故植物体的δ13C要小于-6.4‰，且C3植被和C4植被对13CO2的歧视程度不一样，C3植被更歧视13CO2(即C3植被对13CO2分馏作用更强)，导致C3植被的δ13C小于C4植被的δ13C。(注，根据上述公式的定义可以得知，13C含量越少，δ13C越小)

　　C3植被与C4植被的δ13C分布范围

　　稳定同位素技术在食品溯源和掺杂检测中的应用

　　“You are what you eat!”

　　一方水土养育一方人，同样，来自不同区域的动植物样品因各地环境因素(如气候，土壤类型，水文条件等)的差异，其样品中的各稳定同位素的比值亦有差异。每一种同位素提供某些关于环境的信息，这就是关于它的来源的环境指纹，这些“同位素指纹"信息将告诉我们“样品来自何处”和“样品是如何生产”的(原产地和生产方式)。

　　基于上述原理，稳定同位素广泛领用与食品溯源，食品掺杂等领域。所谓食品溯源就是根据食品携带的同位素指纹信息，在没有背景资料的情况下，确定出食品的产地信息。食品产品是根据食品本周的同位素信息确定其真实性。

　　食品溯源(以牛肉为例)：

　　采用S和H两个稳定同位素对牛肉的产品进行区分，可以得到很好的区分度。

　　食品掺杂(蜂蜜)：

　　以C同位素作为蜂蜜的指示元素可以较好的鉴别是否存在掺杂。