天然同位素

天然同位素（英語：natural isotope），或稱天然核種（英語：natural nuclide），是指在地球上天然存在的核種，構成了地球上幾乎所有的物質。天然同位素包括所有穩定同位素和天然放射性同位素。與之相對的概念為人造同位素（或稱合成同位素）。

天然同位素根據其來源可分為三類：自太陽系誕生以來便存在的原始核種（英語：Primordial nuclide）（包括所有穩定核種和一些半衰期極長的放射性核種）、放射性原始核種的衰變產物，以及由宇宙射線散裂作用產生的宇生核種（英語：Cosmogenic nuclide）。^[1]

所有原子序≤94（鈽以前）的化學元素都具有至少一種天然同位素，而原子序數為95以上的元素在自然界中都不存在，其所有同位素都是人造同位素，因此稱為人工合成元素或人造元素。^[2]

許多元素在自然界中存在著不只一種的同位素，因此其標準原子量（英語：Standard atomic weight）必須根據其所有天然同位素在自然界中存在的豐度比率進行計算。例如碳元素有三種天然同位素：碳-12（豐度98.93％）、碳-13（豐度1.07％）和碳-14（僅痕量存在），而碳-12的原子量為12amu，碳-13的原子量約為13.003355amu，按照這些同位素的存量比例即可計算出天然碳的標準原子量（碳-14含量太少，可忽略不計）：

12 × 98.93％ + 13.0034 × 1.07％ ＝ 12.01amu

應用

藉由測定一物體中某些天然放射性同位素及其衰變產物的含量比率，可推算出該物體的存在年代，稱作放射性定年法。^[3]

透過質譜法分析樣本中同一元素的不同天然同位素之間的比例（同位素訊號（英語：Isotopic signature）），可以了解食物網的能量流動、重建過去的環境和氣候條件、調查古代人類和動物的飲食，以及其他各種生物學、地球科學和環境科學的研究，是為同位素分析（英語：Isotope analysis）。^[4]同位素分析中常用的同位素訊號包括δ¹⁸O、δ¹³C（英語：Δ13C）、δ¹⁵N（英語：Δ15N）和δ³⁴S（英語：Δ34S）等。

參考文獻

1. Bagnall, K. W. (1962). "The Chemistry of Polonium". Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry 4. New York: Academic Press. pp. 197–226. doi:10.1016/S0065-2792(08)60268-X. ISBN 0-12-023604-4. Retrieved June 14, 2012., p. 746
2. Kulkarni, Mayuri. A Complete List of Man-made Synthetic Elements. ScienceStuck. 15 June 2009 [15 May 2019]. （原始內容存檔於2019-08-03）.
3. 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "radioactive dating"。doi:10.1351/goldbook.R05082
4. Hermes, Taylor R.; Frachetti, Michael D.; Bullion, Elissa A.; Maksudov, Farhod; Mustafokulov, Samariddin; Makarewicz, Cheryl A. Urban and nomadic isotopic niches reveal dietary connectivities along Central Asia's Silk Roads. Scientific Reports. 26 March 2018, 8 (1): 596. Bibcode:2018NatSR...8.5177H. ISSN 2045-2322. PMC 5979964 . PMID 29581431. doi:10.1038/s41598-018-22995-2 （英語）.

參見

• 原始核種（英語：Primordial nuclide）
• 穩定同位素
• 天然放射性同位素
• 人造同位素