同位素標記是一種科學技術，通過將化合物中的原子替換為其同位素（放射性同位素或穩定同位素）來追蹤化學反應、代謝通路或細胞定位中的路徑和去向。這種標記技術不會顯著改變化合物的物理化學性質，因此是一種理想的示蹤方法。
同位素標記技術
同位素標記技術涉及將目標分子中的一個或多個原子替換為同一化學元素的不同同位素。這些同位素可以是穩定的，也可以是放射性的，后者特別稱為放射性示蹤技術。標記的原子具有相同的原子序數，因此其反應方式與未標記的原子幾乎相同，不會干擾正在研究的反應，但中子數的差異使得可以區分同位素標記與同一元素的其他原子。
同位素標記的檢測方法
同位素標記的檢測方法多樣，包括質譜法（MS）用于檢測不同同位素的質量差異，紅外光譜法檢測同位素原子的振動模式，核磁共振（NMR）技術分辨原子的磁旋比，以及電離室或放射性顯影用于檢測放射性衰變。
應用實例
同位素標記的應用實例包括研究苯酚在水中的溶解性。通過將苯酚加入代水中，可以在苯酚的羥基上檢測到氘原子，從而證明苯酚與水發生了質子交換。
穩定同位素標記
穩定同位素標記常用的同位素包括2H、13C和15N，這些同位素可用于合成多種生物分子。穩定同位素標記的化合物可以是特定原子位置標記，也可以是按比例混合標記。
代謝通量分析
穩定同位素標記在代謝通量分析（MFA）中是一種重要工具，通過細胞內的代謝通路和反應來研究元素的代謝通量。細胞使用帶有標記的營養分子進行代謝和生長，通過分析產出代謝物的同位素比率，可以確定反應途徑中的代謝通量。
同位素標記測量技術
質子核磁共振（Proton NMR）和13C核磁共振技術是用于穩定同位素標記的主要方法。質譜法（MS）也是一種重要的技術，尤其是氣相色譜-質譜法（GC-MS）和液相色譜-質譜法（LC-MS），用于分析水解產物。
放射性同位素標記
放射性同位素標記通過在化學組成中加入放射性核素來跟蹤物質樣本。這些放射性同位素的衰變可以通過探測發出的輻射來確定。
蛋白質組學的應用
在蛋白質組學中，穩定同位素標記用于識別疾病生物標記和測試蛋白質產量。同位素標記形式的氨基酸可以用來估計蛋白質代謝水平。
生態系統過程分析中的應用
同位素示蹤劑在土壤科學和生態系統過程分析中廣泛應用，如使用15N示蹤劑研究氮循環，13C和14C研究有機化合物的轉換和自養生物對二氧化碳的固定。
海洋學的應用
同位素示蹤劑在海洋學中用于研究物質的垂直和水平運動，如234用于研究物質的垂直傳輸，鐳同位素用于檢測局部系統內的循環。
同位素標記的方法
同位素標記的方法包括化學合成、酶促交換和在同位素標記介質中的重組蛋白表達。
通過以上技術和應用，同位素標記為化學、生物化學、生態學和海洋學等領域的研究提供了強有力的工具。
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