穩(wěn)定同位素

　　由于原子核所含有的中子數(shù)不同，具有相同質(zhì)子數(shù)的原子具有不同的質(zhì)量，這些原子被稱為同位素。例如，碳的3個主要同位素分別為12C、13C和14C，它們都有6個質(zhì)子和6個電子，但中子數(shù)則分別為6、7和8。

　　同位素分類

　　同位素可分為兩大類：放射性同位素(radioactiveisotope)和穩(wěn)定同位素(stableisotope)。

　　凡能自發(fā)地放出粒子并衰變?yōu)榱硪环N同位素者為放射性同位素。無可測放射性的同位素是穩(wěn)定同位素。

　　我們通常關注的穩(wěn)定同位素為C、H、O、N、S五種，這五種穩(wěn)定同位素是自然界中分別為廣泛，是構成有機化合物的主要元素。

　　同位素技術的意義

　　穩(wěn)定同位素技術的出現(xiàn)加深了生態(tài)學家對生態(tài)系統(tǒng)的進一步了解，使生態(tài)學家可以探討一些其它方法無法研究的問題。與其它技術相比，穩(wěn)定同位素技術的優(yōu)點在于其能使這些生態(tài)和環(huán)境科學問題的研究定量化，并且是在沒有干擾(如沒有放射性同位素的環(huán)境危害)的情況下進行。

　　有些問題還只能通過利用穩(wěn)定同位素技術來解決，現(xiàn)在有許多農(nóng)業(yè)研究機構和大學已經(jīng)開始使用高精度同位素質(zhì)譜計從事合理用肥、果實營養(yǎng)、固氮分析、農(nóng)藥毒性、家畜氣候?qū)ψ魑锏挠绊懙难芯浚约笆称焚|(zhì)量控制等多方面的研究工作。

　　與原子能和地質(zhì)研究工作相比，在農(nóng)業(yè)和食品方面應用同位素方法從事科研和檢測工作正處于方興未艾的階段，隨著人類社會的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)的要求也越來越高，今后大力開展和普及運用現(xiàn)代化方法研究農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、改善果實質(zhì)量以及進行食品質(zhì)量控制檢測的工作前途無限廣闊。

　　穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀

　　穩(wěn)定同位素的檢測通常采用穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀(也稱氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀)。穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀之所以又被成為氣體穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀是因為此類質(zhì)譜只能對特定的氣體進行檢測，所有目標檢測物都需要轉(zhuǎn)化為對應的氣體才能檢測。

　　Sercon-GSL元素分析儀與 Sercon 20-20穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀

　　穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜具體組成

　　同位素檢測的理論基礎

　　由于穩(wěn)定同位素在分子質(zhì)量上的差異，所有在自然界或者人工加工過程中會產(chǎn)生同位素分餾現(xiàn)象。

　　例如：蒸發(fā)過程中的同位素分餾，H2O16比H2O18運動得更快，更容易擴散到水汽中，故隨著蒸發(fā)的進行，剩下的水中H2O18越來越多。同理，H2O16比HDO16運動得更快，隨著蒸發(fā)的進行，剩下的水中HDO16越來越多。

　　氫、氧穩(wěn)定同位素的分布規(guī)律--緯度效應

　　再例如：大氣CO2δ13C≈-6.4‰，但由于植物光合作用吸收利用CO2時歧視(排斥)13CO2(即同位素分餾)，故植物體的δ13C要小于-6.4‰，且C3植被和C4植被對13CO2的歧視程度不一樣，C3植被更歧視13CO2(即C3植被對13CO2分餾作用更強)，導致C3植被的δ13C小于C4植被的δ13C。(注，根據(jù)上述公式的定義可以得知，13C含量越少，δ13C越小)

　　C3植被與C4植被的δ13C分布范圍

　　穩(wěn)定同位素技術在食品溯源和摻雜檢測中的應用

　　“You are what you eat!”

　　一方水土養(yǎng)育一方人，同樣，來自不同區(qū)域的動植物樣品因各地環(huán)境因素(如氣候，土壤類型，水文條件等)的差異，其樣品中的各穩(wěn)定同位素的比值亦有差異。每一種同位素提供某些關于環(huán)境的信息，這就是關于它的來源的環(huán)境指紋，這些“同位素指紋"信息將告訴我們“樣品來自何處”和“樣品是如何生產(chǎn)”的(原產(chǎn)地和生產(chǎn)方式)。

　　基于上述原理，穩(wěn)定同位素廣泛領用與食品溯源，食品摻雜等領域。所謂食品溯源就是根據(jù)食品攜帶的同位素指紋信息，在沒有背景資料的情況下，確定出食品的產(chǎn)地信息。食品產(chǎn)品是根據(jù)食品本周的同位素信息確定其真實性。

　　食品溯源(以牛肉為例)：

　　采用S和H兩個穩(wěn)定同位素對牛肉的產(chǎn)品進行區(qū)分，可以得到很好的區(qū)分度。

　　食品摻雜(蜂蜜)：

　　以C同位素作為蜂蜜的指示元素可以較好的鑒別是否存在摻雜。