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(guān)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(gòu)成有機(jī)化合物的主要元素。

　　同位素技術(shù)的意義

　　穩(wěn)定同位素技術(shù)的出現(xiàn)加深了生態(tài)學(xué)家對生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步了解，使生態(tài)學(xué)家可以探討一些其它方法無法研究的問題。與其它技術(shù)相比，穩(wěn)定同位素技術(shù)的優(yōu)點在于其能使這些生態(tài)和環(huán)境科學(xué)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(jìn)行。

　　有些問題還只能通過利用穩(wěn)定同位素技術(shù)來解決，現(xiàn)在有許多農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)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(yīng)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(jìn)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(jìn)行檢測，所有目標(biāo)檢測物都需要轉(zhuǎn)化為對應(yīng)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(chǔ)

　　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(kuò)散到水汽中，故隨著蒸發(fā)的進(jìn)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(jìn)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(yīng)

　　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(qiáng))，導(dǎo)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(shù)在食品溯源和摻雜檢測中的應(yīng)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(guān)于環(huán)境的信息，這就是關(guān)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(lǐng)用與食品溯源，食品摻雜等領(lǐng)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(jìn)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。