同位素标记是一种科学技术，通过将化合物中的原子替换为其同位素（放射性同位素或稳定同位素）来追踪化学反应、代谢通路或细胞定位中的路径和去向。这种标记技术不会显著改变化合物的物理化学性质，因此是一种理想的示踪方法。

同位素标记技术涉及将目标分子中的一个或多个原子替换为同一化学元素的不同同位素。这些同位素可以是稳定的，也可以是放射性的，后者特别称为放射性示踪技术。标记的原子具有相同的原子序数，因此其反应方式与未标记的原子几乎相同，不会干扰正在研究的反应，但中子数的差异使得可以区分同位素标记与同一元素的其他原子。

同位素标记的检测方法多样，包括质谱法（MS）用于检测不同同位素的质量差异，红外光谱法检测同位素原子的振动模式，核磁共振（NMR）技术分辨原子的磁旋比，以及电离室或放射性显影用于检测放射性衰变。

同位素标记的应用实例包括研究苯酚在水中的溶解性。通过将苯酚加入代水中，可以在苯酚的羟基上检测到氘原子，从而证明苯酚与水发生了质子交换。

稳定同位素标记常用的同位素包括2H、13C和15N，这些同位素可用于合成多种生物分子。稳定同位素标记的化合物可以是特定原子位置标记，也可以是按比例混合标记。

稳定同位素标记在代谢通量分析（MFA）中是一种重要工具，通过细胞内的代谢通路和反应来研究元素的代谢通量。细胞使用带有标记的营养分子进行代谢和生长，通过分析产出代谢物的同位素比率，可以确定反应途径中的代谢通量。

质子核磁共振（Proton NMR）和13C核磁共振技术是用于稳定同位素标记的主要方法。质谱法（MS）也是一种重要的技术，尤其是气相色谱-质谱法（GC-MS）和液相色谱-质谱法（LC-MS），用于分析水解产物。

放射性同位素标记通过在化学组成中加入放射性核素来跟踪物质样本。这些放射性同位素的衰变可以通过探测发出的辐射来确定。

在蛋白质组学中，稳定同位素标记用于识别疾病生物标记和测试蛋白质产量。同位素标记形式的氨基酸可以用来估计蛋白质代谢水平。

同位素示踪剂在土壤科学和生态系统过程分析中广泛应用，如使用15N示踪剂研究氮循环，13C和14C研究有机化合物的转换和自养生物对二氧化碳的固定。

同位素示踪剂在海洋学中用于研究物质的垂直和水平运动，如234用于研究物质的垂直传输，镭同位素用于检测局部系统内的循环。

同位素标记的方法包括化学合成、酶促交换和在同位素标记介质中的重组蛋白表达。

通过以上技术和应用，同位素标记为化学、生物化学、生态学和海洋学等领域的研究提供了强有力的工具。