自然界水在蒸發和冷凝過程中，食品溯源由於構成水分子的产地氫同位素的物理化學性質不同，引起不同水體中同位素組成的技术變化。處於水循環係統中不同的立及水體，因成因不同而具有自己特征同位素組成，应用即富集不同的食品溯源重同位素氫（2H），就形成不同環境中水體同位素的产地“痕跡”。在大氣降水過程中，技术水分子經過反複多次的立及蒸發，產生凝聚分餾作用，应用使內陸及高緯度區的食品溯源雨、雪集中了最輕的产地水，而在低緯度大洋中出現最重的技术降水。內陸蒸發盆地水因過度的立及蒸發—凝聚分餾而加重。
氫同位素早已應用在食品溯源中，应用尤其是在植物源性食品的產地溯源方麵。近年來氫同位素也用來進行動物源性食品的產地溯源研究。郭波莉等（2005）測定了我國不同地域來源脫脂牛肉中氫同位素比率，評價穩定性氫同位素用於牛肉產地溯源的可行性。結果表明，不同地域來源牛組織中δD值的差異顯著，其與當地飲水中氫同位素組成密切相關，而且有隨著地理緯度增加而減小的趨勢。由此說明穩定性氫同位素是用於牛肉產地溯源的一項很有潛力的指標。孫淑敏等（2011）測定了來自內蒙古自治區錫林郭勒盟、阿拉善盟和呼倫貝爾市3個牧區，重慶市和山東省菏澤市2個農區脫脂羊肉中的δD值，探討穩定性氫同位素組成的地域特征及其變化規律；結合C、N同位素指標，采用聚類分析及判別分析，進一步了解氫同位素在羊肉產地來源判別中的作用。結果表明，不同地域來源羊肉中的犯值具有顯著性差異，其δD值主要與當地飲水中的犯值高度相關。判別分析結果表明δD值可使δ13C、δ15N指標對羊肉產地的正確判別率由80.8%提高到88.9%。穩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地來源的一項有效指標。
2、氧穩定同位素
氧在自然界中有3個穩定同位素160、170和180，它們的豐度分別為99.762%、0.038%和0.200%。16O相對原子質量為15.99491461956，原子核由8個質子和8個中子組成，170相對原子質量為16.99913170，原子核由8個質子和9個中子組成，180相對原子質量為17.9991610，原子核由8個質子和10個中子組成。
大氣水的δ180變化範圍最大，約為+10‰～—55%。極地的雪的δ180最低，大氣二氧化碳的δ18O最高，可達+41‰。含氧礦物在自然界分布相當廣泛。主要造岩礦物的次δ18O變化具有明顯的順序性，與岩漿結晶分異順序一致，即由孤立島狀四麵體的橄欖石到鏈狀輝石、層狀雲母和架狀的長石、石英，δ18O依次增高，這主要與礦物的晶體化學性質有關。根據同位素分餾理論，矽酸鹽礦物中陽離子與氧的結合鍵越短，鍵力越強，振動頻率越高，則18O越富。石英Si—O鍵在矽酸鹽結構中是最強的；此外，與溫度有關，因為超基性、基性原始岩漿處於很高溫度狀態，同位素分餾作用減弱，隨岩漿溫度的降低，同位素分餾作用增強，岩漿中18O含量相對增高。因此，從超基性岩到酸性岩δ18O明顯增高，其變化範圍為5‰～13‰。對於非正常火成岩，則須考慮岩漿或固結岩石與周圍物質間的相互作用。沉積岩的δ18O變化範圍大，為10‰～36‰。其中砂岩的δ18O最低，為10‰～16‰；頁岩其次，為14‰～19‰；石灰岩最高，為22‰～36‰。變質岩的δ18O—般介於火成岩和沉積岩之間，為‰～25‰。變質岩的氧同位素組成可提供有關原岩性質、變質溫度、變質流體的來源和同位素交換程度等方麵的信息。圖4-2是天然含氧物質的δ18O值。
氧同位素的穩定性決定了它的應用前景非常廣闊，隨著其應用領域越來越廣，相應作為示蹤劑的品種也越來越多，目前國外18O的標記化合物品種能達到幾百種。但在國內，氧同位素的分離手段還相對比較單一，僅限於水精餾，且其產品也僅以重（(18O）水為主，產量小，且品種形式亦很少，限製了氧同位素的應用和發展。
3、碳穩定同位素
碳在自然界中有2個穩定同位素12C和13C，它們的豐度分別為98.89%和1.11%。12C相對原子質量為12，原子核由6個質子和6個中子組成；13C相對原子質量為13.0033548378，原子核由6個質子和7個中子組成。碳同位素：標準物質為美國南卡羅來納州白堊紀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）。碳穩定同位素的物理特性及自然界中13C的分布見表4-2和圖4-3。
近年來，由於CO2等溫室氣體的排放等人為活動嚴重幹擾了自然環境，全球氣候發生了顯著變化，尤其是對碳循環產生了深刻的影響，因此穩定碳同位素分析越來越受到世界各國研究者的關注。自然和人類活動引起的火事件可導致生態係統的碳循環以及分布格局的改變，進一步影響區域碳生物地球化學循環。利用穩定同位素方法可以幫助我們示蹤火事件所伴生的碳轉化的生物地球化學過程。
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