同位素标记

同位素标记（或同位素标记）是一种用于跟踪同位素（中子计数具有可检测变化的原子）通过反应、代谢途径或细胞的技术。 通过用同位素替换特定原子来“标记”反应物。 然后让反应物进行反应。 测量产物中同位素的位置以确定同位素原子在反应或细胞代谢途径中遵循的序列。 同位素标记中使用的核素可以是稳定核素或放射性核素。 在后一种情况下，标记称为放射性标记。

在同位素标记中，有多种方法可以检测标记同位素的存在； 通过它们的质量、振动模式或放射性衰变。 质谱法检测同位素质量的差异，而红外光谱检测同位素振动模式的差异。 核磁共振检测具有不同旋磁比的原子。 放射性衰变可以通过电离室或凝胶的放射自显影来检测。

使用同位素标记的一个例子是通过用氘（氘标记）代替普通氢（氕）来研究水中的苯酚 (C6H5OH)。 将苯酚加入到氘化水（除通常的 H2O 外还含有 D2O 的水）中后，在苯酚的羟基中观察到氘取代了氢（产生 C6H5OD），表明苯酚很容易与 水。 只有羟基受到影响，表明其他5个氢原子不参与交换反应。

同位素示踪剂（也称为同位素标记或同位素标记）用于化学和生物化学，以帮助理解化学反应和相互作用。 在这种技术中，感兴趣分子的一个或多个原子被相同化学元素的原子取代，但同位素不同（如放射性示踪中使用的放射性同位素）。 因为标记原子具有相同数量的质子，它的行为方式与未标记原子几乎完全相同，并且除了少数例外，不会干扰正在研究的反应。 然而，中子数量的差异意味着它可以与同一元素的其他原子分开检测。

核磁共振 (NMR) 和质谱 (MS) 用于研究化学反应的机理。 NMR 和 MS 检测同位素差异，从而确定有关标记原子在产品结构中的位置信息。 利用产品中同位素原子的定位信息，可以确定初始代谢物转化为产品的反应途径。 放射性同位素可以在凝胶电泳中使用凝胶的放射自显影图进行测试。 含有放射性同位素的化合物发出的辐射使一张摄影胶片变暗，记录标记化合物在凝胶中的相对位置。

同位素示踪剂通常以同位素比率的形式使用。 通过研究同一元素的两种同位素之间的比率，我们避免了涉及元素总体丰度的影响，这种影响通常会淹没同位素丰度中小得多的变化。 同位素示踪剂是地质学中一些最重要的工具，因为它们可用于了解地球系统中复杂的混合过程。 关于同位素示踪剂在地质学中应用的进一步讨论在同位素地球化学标题下进行了介绍。

同位素示踪剂通常分为两类：稳定同位素示踪剂和放射性同位素示踪剂。 稳定同位素示踪剂仅涉及非放射性同位素，通常与质量有关。 理论上，任何具有两种稳定同位素的元素都可以作为同位素示踪剂。 然而，最常用的稳定同位素示踪剂涉及相对较轻的同位素，这些同位素很容易在自然系统中发生分馏。

另见同位素特征。 放射性同位素示踪剂涉及放射性衰变产生的同位素，通常与非放射性同位素成比例。

稳定同位素标记涉及使用非放射性同位素，这些同位素可以充当用于模拟多种化学和生化系统的示踪剂。 所选择的同位素可以作为该化合物的标记，可以通过核磁共振 (NMR) 和质谱 (MS) 进行识别。 一些最常见的稳定同位素是 2H、13C 和 15N，它们可以进一步生成 NMR 溶剂、氨基酸、核酸、脂质、常见代谢物和细胞生长培养基。 使用稳定同位素产生的化合物要么由标记同位素的百分比指定。