自然界水在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中，由于構(gòu)成水分子的氫同位素的物理化學(xué)性質(zhì)不同，引起不同水體中同位素組成的變化。處于水循環(huán)系統(tǒng)中不同的水體，因成因不同而具有自己特征同位素組成，即富集不同的重同位素氫（2H），就形成不同環(huán)境中水體同位素的“痕跡”。在大氣降水過(guò)程中，水分子經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的蒸發(fā)，產(chǎn)生凝聚分餾作用，使內(nèi)陸及高緯度區(qū)的雨、雪集中了最輕的水，而在低緯度大洋中出現(xiàn)最重的降水。內(nèi)陸蒸發(fā)盆地水因過(guò)度的蒸發(fā)—凝聚分餾而加重。

氫同位素早已應(yīng)用在食品溯源中，尤其是在植物源性食品的產(chǎn)地溯源方面。近年來(lái)氫同位素也用來(lái)進(jìn)行動(dòng)物源性食品的產(chǎn)地溯源研究。郭波莉等（2005）測(cè)定了我國(guó)不同地域來(lái)源脫脂牛肉中氫同位素比率，評(píng)價(jià)穩(wěn)定性氫同位素用于牛肉產(chǎn)地溯源的可行性。結(jié)果表明，不同地域來(lái)源牛組織中δD值的差異顯著，其與當(dāng)?shù)仫嬎袣渫凰亟M成密切相關(guān)，而且有隨著地理緯度增加而減小的趨勢(shì)。由此說(shuō)明穩(wěn)定性氫同位素是用于牛肉產(chǎn)地溯源的一項(xiàng)很有潛力的指標(biāo)。孫淑敏等（2011）測(cè)定了來(lái)自內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟、阿拉善盟和呼倫貝爾市3個(gè)牧區(qū)，重慶市和山東省菏澤市2個(gè)農(nóng)區(qū)脫脂羊肉中的δD值，探討穩(wěn)定性氫同位素組成的地域特征及其變化規(guī)律；結(jié)合C、N同位素指標(biāo)，采用聚類分析及判別分析，進(jìn)一步了解氫同位素在羊肉產(chǎn)地來(lái)源判別中的作用。結(jié)果表明，不同地域來(lái)源羊肉中的犯值具有顯著性差異，其δD值主要與當(dāng)?shù)仫嬎械姆钢蹈叨认嚓P(guān)。判別分析結(jié)果表明δD值可使δ¹³C、δ¹⁵N指標(biāo)對(duì)羊肉產(chǎn)地的正確判別率由80.8%提高到88.9%。穩(wěn)定性氫同位素能夠提供可靠的地域信息，可作為追溯和鑒定羊肉產(chǎn)地來(lái)源的一項(xiàng)有效指標(biāo)。

2、氧穩(wěn)定同位素

氧在自然界中有3個(gè)穩(wěn)定同位素¹⁶0、¹⁷0和¹⁸0，它們的豐度分別為99.762%、0.038%和0.200%。¹⁶O相對(duì)原子質(zhì)量為15.99491461956，原子核由8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子組成，¹⁷0相對(duì)原子質(zhì)量為16.99913170，原子核由8個(gè)質(zhì)子和9個(gè)中子組成，¹⁸0相對(duì)原子質(zhì)量為17.9991610，原子核由8個(gè)質(zhì)子和10個(gè)中子組成。

大氣水的δ¹⁸0變化范圍最大，約為+10‰～—55%。極地的雪的δ¹⁸0最低，大氣二氧化碳的δ¹⁸O最高，可達(dá)+41‰。含氧礦物在自然界分布相當(dāng)廣泛。主要造巖礦物的次δ¹⁸O變化具有明顯的順序性，與巖漿結(jié)晶分異順序一致，即由孤立島狀四面體的橄欖石到鏈狀輝石、層狀云母和架狀的長(zhǎng)石、石英，δ¹⁸O依次增高，這主要與礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)同位素分餾理論，硅酸鹽礦物中陽(yáng)離子與氧的結(jié)合鍵越短，鍵力越強(qiáng)，振動(dòng)頻率越高，則¹⁸O越富。石英Si—O鍵在硅酸鹽結(jié)構(gòu)中是最強(qiáng)的；此外，與溫度有關(guān)，因?yàn)槌浴⒒栽紟r漿處于很高溫度狀態(tài)，同位素分餾作用減弱，隨巖漿溫度的降低，同位素分餾作用增強(qiáng)，巖漿中¹⁸O含量相對(duì)增高。因此，從超基性巖到酸性巖δ¹⁸O明顯增高，其變化范圍為5‰～13‰。對(duì)于非正?；鸪蓭r，則須考慮巖漿或固結(jié)巖石與周?chē)镔|(zhì)間的相互作用。沉積巖的δ¹⁸O變化范圍大，為10‰～36‰。其中砂巖的δ¹⁸O最低，為10‰～16‰；頁(yè)巖其次，為14‰～19‰；石灰?guī)r最高，為22‰～36‰。變質(zhì)巖的δ¹⁸O—般介于火成巖和沉積巖之間，為‰～25‰。變質(zhì)巖的氧同位素組成可提供有關(guān)原巖性質(zhì)、變質(zhì)溫度、變質(zhì)流體的來(lái)源和同位素交換程度等方面的信息。圖4-2是天然含氧物質(zhì)的δ¹⁸O值。

氧同位素的穩(wěn)定性決定了它的應(yīng)用前景非常廣闊，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，相應(yīng)作為示蹤劑的品種也越來(lái)越多，目前國(guó)外¹⁸O的標(biāo)記化合物品種能達(dá)到幾百種。但在國(guó)內(nèi)，氧同位素的分離手段還相對(duì)比較單一，僅限于水精餾，且其產(chǎn)品也僅以重（(¹⁸O）水為主，產(chǎn)量小，且品種形式亦很少，限制了氧同位素的應(yīng)用和發(fā)展。

3、碳穩(wěn)定同位素

碳在自然界中有2個(gè)穩(wěn)定同位素¹²C和¹³C，它們的豐度分別為98.89%和1.11%。¹²C相對(duì)原子質(zhì)量為12，原子核由6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子組成；¹³C相對(duì)原子質(zhì)量為13.0033548378，原子核由6個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子組成。碳同位素：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為美國(guó)南卡羅來(lái)納州白堊紀(jì)皮狄組層位中的擬箭石化石（PeedeeBelemnite，即PDB），其¹³C/¹²C=（11237.2土90）X10^-6（Holden，2004）。碳穩(wěn)定同位素的物理特性及自然界中¹³C的分布見(jiàn)表4-2和圖4-3。

近年來(lái)，由于CO₂等溫室氣體的排放等人為活動(dòng)嚴(yán)重干擾了自然環(huán)境，全球氣候發(fā)生了顯著變化，尤其是對(duì)碳循環(huán)產(chǎn)生了深刻的影響，因此穩(wěn)定碳同位素分析越來(lái)越受到世界各國(guó)研究者的關(guān)注。自然和人類活動(dòng)引起的火事件可導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)以及分布格局的改變，進(jìn)一步影響區(qū)域碳生物地球化學(xué)循環(huán)。利用穩(wěn)定同位素方法可以幫助我們示蹤火事件所伴生的碳轉(zhuǎn)化的生物地球化學(xué)過(guò)程。

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