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しつりょうぶんせきけい
この項については、安定同位体を参照してください。
原子番号が同じで質量数が異なる同位体の組成（同位体比）は、化学的な方法では分析できません。その代わり、ニュートンが確立した運動の第2法則「物体に生じる速度の変化（加速度）は、かかった力に比例し、物体の質量に反比例する」に基づいて、分析することができます。そのための装置が質量分析計（マススペクトロメーター）です。
必要な基本的技術は、各原子（分子）にかかる力（外力）を与える方法です。水素や酸素など軽い元素の場合は、「磁場を横切って電流が流れるとき、電流の向きに直交する力が生じる」という「フレミングの左手の法則」として知られる力（ローレンツ力）を利用するのが有効です。
 図1 フレミングの左手の法則 |
例として、温泉水の水素の同位体比（軽水素Hに対する重水素Dの比：D/H）を測定する場合を取り上げ、その概要を下の枠内に記します。
水素同位体測定の例
①水試料から、すべての水素同位体を、水分子として取り出す(注1)。それらはH2・HD・D2の3種で、三者の質量の比「H2：HD：D2」は「2：3：4」である。〔現実には、Dの存在比は非常に小さいのでD2は無視でき、H2とHDの2種とみなされる。〕
②水素分子をプラス電気に帯電させる（イオン化：注2）。それぞれを[H2]＋・[HD]＋・[D2]＋と表す。
③帯電した水素分子の集団を、磁場に磁力線を横切るように、入射する。
④帯電した各水素分子は、進行方向に直交する力を受けるので（フレミングの左手の法則）、行路が曲がる。曲がり方は、[H2]＋・[HD]＋・[D2]＋の順に大きい（運動の第2法則）。
⑤行路の終端に捕捉装置（コレクター：注3）を設置しておき、[H2]＋・[HD]＋・[D2]＋を捕捉して、それぞれがもたらす電気量を測定する。測定は、対象試料と標準試料（同位体比が既知）を交互に切り替えて行う。〔電気量は、[H2]＋が圧倒的に多く、[HD]＋はほんの少量、[D2]＋はほとんどゼロである。〕
⑥各試料につき、[H2]＋・[HD]＋・[D2]＋それぞれがもたらした電気量を比較・分析して同位体比（D/H）を求め、標準試料の同位体比で規格化して、下記のδ（デルター）値として表現する。単位は千分率（‰，パーミル）である。
δD =〔(D/H)A /(D/H)SMOW －1〕×1000
ここに、(D/H)Aは対象試料の同位体比、(D/H)SMOWは標準試料（標準平均海水）の同位対比である。
【備考】以上の工程のうち、帯電分子を磁場に入射するところから捕捉するところまでは、真空状態で行う。
注1と注2について：
この方法では、測定対象の同位体（水素・酸素・炭素・硫黄など）を気体にし、かつ、帯電させなければならない。その詳細および測定法の実際については、いろいろな工夫がなされている。研究論文・外部サイト・質量分析計の操作マニュアルなどを参照されたい。
注3：
たとえば、ファラデーカップ（帯電した粒子を捕捉するための金属製のカップ）。電流計を連結しておけば、流入する電気量を測定できる。（外部サイトなど参照）
【追記】
かつて特殊な分析法とされた質量分析は、今や、多くの分野で普通に行われるようになりました。とくに、地球環境の変遷をはじめとする環境問題の調査研究では、水の水素・酸素同位体比のデータは不可欠です。
また、水素・酸素同位体比研究により、温泉水のほとんどは降水起源であることが明らかになりました。この結論は、温泉資源が時間的には有限であることを意味しています。これにより、温泉の開発利用に当って、流域における降水の消費のされ方、すなわち水収支評価の重要性が強く認識されることとなりました。
由佐悠紀）
