Isotopic labeling
આઇસોટોપિક લેબલિંગ (અથવા આઇસોટોપિક લેબલિંગ) એ એક તકનીક છે જેનો ઉપયોગ પ્રતિક્રિયા, ચયાપચય માર્ગ અથવા કોષ દ્વારા આઇસોટોપ (ન્યુટ્રોન ગણતરીમાં શોધી શકાય તેવી વિવિધતા સાથેનો અણુ) ના માર્ગને ટ્રેક કરવા માટે થાય છે. પ્રતિક્રિયાકારકને તેમના આઇસોટોપ દ્વારા ચોક્કસ અણુઓને બદલીને 'લેબલ' કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ પ્રતિક્રિયાકારકને પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થવા દેવામાં આવે છે. ઉત્પાદનોમાં આઇસોટોપની સ્થિતિ પ્રતિક્રિયા અથવા કોષના ચયાપચય માર્ગમાં અનુસરવામાં આવતા આઇસોટોપિક અણુનો ક્રમ નક્કી કરવા માટે માપવામાં આવે છે. આઇસોટોપિક લેબલિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ન્યુક્લિડ્સ સ્થિર ન્યુક્લિડ્સ અથવા રેડિયોન્યુક્લિડ્સ હોઈ શકે છે. પછીના કિસ્સામાં, લેબલિંગને રેડિયોલેબલિંગ કહેવામાં આવે છે. આઇસોટોપિક લેબલિંગમાં, લેબલિંગ આઇસોટોપ્સની હાજરીને શોધવાની ઘણી રીતો છે; તેમના સમૂહ, કંપનશીલ સ્થિતિ અથવા કિરણોત્સર્ગી ક્ષય દ્વારા. માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી આઇસોટોપનાં દળમાં તફાવત શોધી કાઢે છે, જ્યારે ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી આઇસોટોપનાં કંપનશીલ સ્થિતિઓમાં તફાવત શોધી કાઢે છે. ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ વિવિધ ગાયરોમેગ્નેટિક રેશિયો ધરાવતા અણુઓને શોધી કાઢે છે. કિરણોત્સર્ગી ક્ષયને આયનીકરણ ચેમ્બર અથવા જેલના ઓટોરેડિઓગ્રાફ્સ દ્વારા શોધી શકાય છે. આઇસોટોપિક લેબલિંગના ઉપયોગનું ઉદાહરણ સામાન્ય હાઇડ્રોજન (પ્રોટિયમ) ને ડ્યુટેરિયમ (ડ્યુટેરિયમ લેબલિંગ) સાથે બદલીને પાણીમાં ફિનોલ (C6H5OH) નો અભ્યાસ છે. ડ્યુટેરેટેડ પાણીમાં ફિનોલ ઉમેર્યા પછી (સામાન્ય H2O ઉપરાંત D2O ધરાવતું પાણી), હાઇડ્રોજન માટે ડ્યુટેરિયમની અવેજી ફિનોલના હાઇડ્રોક્સિલ જૂથમાં જોવા મળે છે (પરિણામે C6H5OD થાય છે), જે સૂચવે છે કે ફિનોલ સરળતાથી પાણી સાથે હાઇડ્રોજન-વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે. માત્ર હાઇડ્રોક્સિલ જૂથને અસર થાય છે, જે સૂચવે છે કે અન્ય 5 હાઇડ્રોજન પરમાણુ વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેતા નથી. આઇસોટોપિક ટ્રેસર એક આઇસોટોપિક ટ્રેસર, ("આઇસોટોપિક માર્કર" અથવા "આઇસોટોપિક લેબલ" પણ), રસાયણશાસ્ત્ર અને બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સમજવામાં મદદ કરવા માટે વપરાય છે. આ તકનીકમાં, રસના પરમાણુના એક અથવા વધુ અણુઓને સમાન રાસાયણિક તત્વના અણુ માટે બદલવામાં આવે છે, પરંતુ એક અલગ આઇસોટોપ (જેમ કે કિરણોત્સર્ગી ટ્રેસિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ). કારણ કે લેબલવાળા અણુમાં પ્રોટોનની સંખ્યા સમાન હોય છે, તે લગભગ તેના લેબલ વગરના પ્રતિરૂપની જેમ જ વર્તે છે અને થોડા અપવાદો સાથે, તપાસ હેઠળની પ્રતિક્રિયામાં દખલ કરશે નહીં. જોકે, ન્યુટ્રોનની સંખ્યામાં તફાવતનો અર્થ એ છે કે તે સમાન તત્વના અન્ય અણુઓથી અલગ શોધી શકાય છે. ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (એન. એમ. આર.) અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એમ. એસ.) નો ઉપયોગ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની પદ્ધતિઓની તપાસ કરવા માટે થાય છે. એન. એમ. આર. અને એમ. એસ. સમસ્થાનિક તફાવતોને શોધી કાઢે છે, જે ઉત્પાદનોની રચનામાં લેબલ થયેલ અણુઓની સ્થિતિ વિશેની માહિતીને નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. ઉત્પાદનોમાં આઇસોટોપિક અણુઓની સ્થિતિ અંગેની માહિતી સાથે, પ્રારંભિક મેટાબોલાઇટ્સ ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જે પ્રતિક્રિયા માર્ગનો ઉપયોગ કરે છે તે નક્કી કરી શકાય છે. કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ્સનું પરીક્ષણ જેલ ઇલેક્ટ્રોફોરેસિસમાં જેલના ઓટોરાડાયોગ્રાફ્સનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ્સ ધરાવતા સંયોજનો દ્વારા ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગ ફોટોગ્રાફિક ફિલ્મના ટુકડાને અંધારું કરે છે, જેલમાં એકબીજાના સંબંધમાં લેબલ કરેલા સંયોજનોની સ્થિતિને રેકોર્ડ કરે છે. આઇસોટોપ ટ્રેસરનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે આઇસોટોપ ગુણોત્તરના સ્વરૂપમાં થાય છે. એક જ તત્વના બે આઇસોટોપ વચ્ચેના ગુણોત્તરનો અભ્યાસ કરીને, આપણે તત્વની એકંદર વિપુલતાને લગતી અસરોને ટાળીએ છીએ, જે સામાન્ય રીતે આઇસોટોપિક વિપુલતામાં ઘણી નાની ભિન્નતાઓને ભેગી કરે છે. આઇસોટોપિક ટ્રેસર એ ભૂસ્તરશાસ્ત્રના કેટલાક સૌથી મહત્વપૂર્ણ સાધનો છે કારણ કે તેનો ઉપયોગ પૃથ્વી પ્રણાલીઓમાં જટિલ મિશ્રણ પ્રક્રિયાઓને સમજવા માટે થઈ શકે છે. ભૂસ્તરશાસ્ત્રમાં સમસ્થાનિક ટ્રેસરના ઉપયોગની વધુ ચર્ચા સમસ્થાનિક ભૂ-રસાયણશાસ્ત્રના શીર્ષક હેઠળ આવરી લેવામાં આવી છે. આઇસોટોપિક ટ્રેસરને સામાન્ય રીતે બે વર્ગોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છેઃ સ્થિર આઇસોટોપ ટ્રેસર અને રેડિયોજેનિક આઇસોટોપ ટ્રેસર. સ્થિર આઇસોટોપ ટ્રેસર્સમાં માત્ર બિન-રેડીયોજેનિક આઇસોટોપનો સમાવેશ થાય છે અને સામાન્ય રીતે તે દળ આધારિત હોય છે. સિદ્ધાંતમાં, બે સ્થિર આઇસોટોપવાળા કોઈપણ તત્વનો ઉપયોગ આઇસોટોપિક ટ્રેસર તરીકે થઈ શકે છે. જો કે, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા સ્થિર આઇસોટોપ ટ્રેસર્સમાં પ્રમાણમાં હળવા આઇસોટોપનો સમાવેશ થાય છે, જે કુદરતી પ્રણાલીઓમાં સરળતાથી અપૂર્ણાંકમાંથી પસાર થાય છે. આઇસોટોપિક સહી પણ જુઓ. કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ ટ્રેસરમાં કિરણોત્સર્ગી ક્ષય દ્વારા ઉત્પાદિત આઇસોટોપનો સમાવેશ થાય છે, જે સામાન્ય રીતે બિન-કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ (જેની પૃથ્વીમાં વિપુલતા કિરણોત્સર્ગી ક્ષયને કારણે બદલાતી નથી) સાથે ગુણોત્તરમાં હોય છે. સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગ સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગમાં બિન-કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપોનો ઉપયોગ થાય છે જે અનેક રાસાયણિક અને બાયોકેમિકલ પ્રણાલીઓના નમૂના બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્રેસર તરીકે કામ કરી શકે છે. પસંદ કરેલ આઇસોટોપ તે સંયોજન પર લેબલ તરીકે કામ કરી શકે છે જેને ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (એન. એમ. આર.) અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એમ. એસ.) દ્વારા ઓળખી શકાય છે. કેટલાક સૌથી સામાન્ય સ્થિર આઇસોટોપ 2H, 13C અને 15N છે, જે આગળ એન. એમ. આર. દ્રાવકો, એમિનો એસિડ, ન્યુક્લિક એસિડ, લિપિડ, સામાન્ય ચયાપચય અને કોષ વૃદ્ધિ માધ્યમોમાં ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. સ્થિર આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન થતા સંયોજનો ક્યાં તો લેબલ થયેલ આઇસોટોપની ટકાવારી દ્વારા નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે (એટલે કે. 30 ટકા એકસરખી રીતે લેબલ થયેલ 13 સી ગ્લુકોઝમાં એક મિશ્રણ હોય છે જે 30 ટકા 13 કાર્બન આઇસોટોપ અને 70 ટકા કુદરતી રીતે લેબલ થયેલ કાર્બન સાથે લેબલ થયેલ હોય છે) અથવા સંયોજન પર ખાસ લેબલ થયેલ કાર્બન સ્થિતિ દ્વારા (એટલે કે. 1-13 C ગ્લુકોઝ જે ગ્લુકોઝની પ્રથમ કાર્બન સ્થિતિ પર લેબલ થયેલ છે). ગ્લાયકોલિસિસ માર્ગ અને પેન્ટોઝ ફોસ્ફેટ માર્ગમાંથી અપનાવવામાં આવેલી પ્રતિક્રિયાઓનું નેટવર્ક દર્શાવવામાં આવ્યું છે જેમાં લેબલ થયેલ કાર્બન આઇસોટોપ પ્રતિક્રિયાઓના સમગ્ર નેટવર્કમાં વિવિધ કાર્બન સ્થાનો પર ફરીથી ગોઠવાય છે. નેટવર્ક ફ્રુક્ટોઝ 6-ફોસ્ફેટ (F6P) થી શરૂ થાય છે, જેમાં કાર્બન સ્થિતિ 1 અને 2 પર લેબલ 13C સાથે 6 કાર્બન પરમાણુ હોય છે. 1,2-13 C F6P બે ગ્લિસરાલ્ડેહાઇડ 3-ફોસ્ફેટ (G3P), એક 2,3-13 C T3P અને એક લેબલ વિનાનું T3P બની જાય છે. 2,3-13 C T3P ને હવે સેડોહેપ્ટ્યુલોઝ 7-ફોસ્ફેટ (S7P) સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને લેબલ વગરના એરિથ્રોઝ 4-ફોસ્ફેટ (E4P) અને 5,6-13 C F6P બનાવી શકાય છે. લેબલ વગરનું T3P, લેબલ વગરના ઉત્પાદનોના સંશ્લેષણ માટે S7P સાથે પ્રતિક્રિયા કરશે. આ આંકડો સ્થિતિ વિશિષ્ટ લેબલવાળા સંયોજનોનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા કાર્બન અણુની પુનઃગોઠવણી શોધવા માટે સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગનો ઉપયોગ દર્શાવે છે. સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગનો ઉપયોગ કરીને મેટાબોલિક ફ્લક્સ વિશ્લેષણ સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગનો ઉપયોગ કરીને મેટાબોલિક ફ્લક્સ વિશ્લેષણ (એમ. એફ. એ.) એ કોષની અંદર મેટાબોલિક માર્ગો અને પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ચોક્કસ તત્વોના પ્રવાહને સમજાવવા માટેનું એક મહત્વપૂર્ણ સાધન છે. એક સમસ્થાનિક લેબલ કોષને આપવામાં આવે છે, પછી લેબલ કરેલ ફીડનો ઉપયોગ કરીને કોષને વધવા દેવામાં આવે છે. સ્થિર ચયાપચય પ્રવાહ વિશ્લેષણ માટે કોષ સ્થિર સ્થિતિ (કોષમાં પ્રવેશતા અને છોડતા આઇસોટોપ સમય સાથે સ્થિર રહે છે) અથવા અર્ધ-સ્થિર સ્થિતિ (આપેલ સમયગાળા માટે સ્થિર સ્થિતિ સુધી પહોંચે છે) સુધી પહોંચવું આવશ્યક છે. આઉટપુટ મેટાબોલાઇટની આઇસોટોપ પેટર્ન નક્કી કરવામાં આવે છે. આઉટપુટ આઇસોટોપ પેટર્ન મૂલ્યવાન માહિતી પ્રદાન કરે છે, જેનો ઉપયોગ દરેક પ્રતિક્રિયા દ્વારા પ્રવાહની તીવ્રતા, પ્રતિક્રિયાકારકોમાંથી ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરનો દર શોધવા માટે થઈ શકે છે. આ આંકડો ચોક્કસ પ્રતિક્રિયા દ્વારા પ્રવાહ નક્કી કરવા માટે વિવિધ લેબલનો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા દર્શાવે છે. ધારો કે મૂળ મેટાબોલાઇટ, ત્રણ કાર્બન સંયોજન, એક પ્રતિક્રિયામાં બે કાર્બન મેટાબોલાઇટ અને એક કાર્બન મેટાબોલાઇટમાં વિભાજિત થવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, પછી ફરીથી જોડાય છે અથવા ત્રણ કાર્બન મેટાબોલાઇટ રહે છે. જો પ્રતિક્રિયા સમાન પ્રમાણમાં મેટાબોલાઇટના બે આઇસોટોપ સાથે પૂરી પાડવામાં આવે છે, તો એક સંપૂર્ણપણે લેબલ થયેલ (વાદળી વર્તુળો), જેને સામાન્ય રીતે સમાન લેબલ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને એક સંપૂર્ણપણે લેબલ વિનાનું (સફેદ વર્તુળો). આકૃતિની ડાબી બાજુનો માર્ગ ચયાપચયમાં કોઈ ફેરફાર દર્શાવતો નથી, જ્યારે જમણી બાજુ વિભાજન અને પુનઃસંયોજન દર્શાવે છે. બતાવ્યા પ્રમાણે, જો મેટાબોલાઇટ માત્ર ડાબી બાજુ નીચેનો માર્ગ લે છે, તો તે સમાન રીતે લેબલ થયેલ અને લેબલ વગરના મેટાબોલાઇટના 50-50 ગુણોત્તરમાં રહે છે. જો મેટાબોલાઇટ માત્ર જમણી બાજુ લે તો નવી લેબલિંગ પેટર્ન થઈ શકે છે, બધા સમાન પ્રમાણમાં. અન્ય પ્રમાણ તેના આધારે થઈ શકે છે કે મૂળ મેટાબોલાઇટ માર્ગની ડાબી બાજુ વિરુદ્ધ માર્ગની જમણી બાજુને કેટલું અનુસરે છે. અહીં એવી પરિસ્થિતિ માટે પ્રમાણ દર્શાવવામાં આવ્યું છે જેમાં અડધા મેટાબોલાઇટ્સ ડાબી બાજુ અને અડધી જમણી બાજુ લે છે, પરંતુ અન્ય પ્રમાણ થઈ શકે છે. એક સંયોજનમાં લેબલ થયેલ અણુઓ અને લેબલ વગરના અણુઓની આ પેટર્ન આઇસોટોપોમર્સનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. અલગ લેબલવાળા મેટાબોલાઇટ્સના આઇસોટોપોમર વિતરણને માપવાથી, દરેક પ્રતિક્રિયામાંથી પ્રવાહ નક્કી કરી શકાય છે. એમ. એફ. એ. આઇસોટોપ લેબલિંગમાંથી મેળવેલા ડેટાને દરેક પ્રતિક્રિયા, અવરોધોની સ્ટોઇકિયોમેટ્રી સાથે જોડે છે અને ઓપ્ટિમાઇઝેશન પ્રક્રિયા ફ્લક્સ નકશાને હલ કરે છે. અપરિવર્તનીય પ્રતિક્રિયાઓ પ્રવાહો શોધવા માટે જરૂરી થર્મોડાયનેમિક અવરોધો પૂરા પાડે છે. એક મેટ્રિક્સ બનાવવામાં આવે છે જેમાં પ્રતિક્રિયાઓની સ્ટોઇકિઓમેટ્રી હોય છે. ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર ફ્લક્સનો અંદાજ પુનરાવર્તિત પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે જેમાં સિમ્યુલેટેડ ફ્લક્સને સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક મોડેલમાં જોડવામાં આવે છે. સિમ્યુલેટેડ ફ્લક્સ ફ્લક્સ નકશામાં દર્શાવવામાં આવે છે, જે દરેક પ્રતિક્રિયા માટે ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત થતાં પ્રતિક્રિયાઓનો દર દર્શાવે છે. મોટાભાગના ફ્લક્સ નકશામાં, તીર જેટલું જાડું હોય છે, પ્રતિક્રિયાનું ફ્લક્સ મૂલ્ય તેટલું મોટું હોય છે. આઇસોટોપ લેબલિંગ માપન તકનીકો આઇસોટોપોમર્સ વચ્ચેના તફાવતને માપવા માટે કોઈપણ તકનીકનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. બે પ્રાથમિક પદ્ધતિઓ, ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (એન. એમ. આર.) અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એમ. એસ.), સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગમાં માસ આઇસોટોપોમર્સને માપવા માટે વિકસાવવામાં આવી છે. પ્રોટોન એન. એમ. આર. એ 13 સી-લેબલિંગ પ્રયોગો માટે ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રથમ તકનીક હતી. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, ચોક્કસ મેટાબોલાઇટ પૂલની અંદર દરેક એક પ્રોટોનેટેડ કાર્બનની સ્થિતિને અન્ય સ્થાનોથી અલગ જોઈ શકાય છે. આ તે ચોક્કસ સ્થાન પર લેબલ થયેલ આઇસોટોપોમર્સની ટકાવારીને જાણવાની મંજૂરી આપે છે. પ્રોટોન એન. એમ. આર. ની મર્યાદા એ છે કે જો મેટાબોલાઇટમાં n કાર્બન પરમાણુ હોય, તો ત્યાં માત્ર મહત્તમ n અલગ સ્થિતિગત સંવર્ધન મૂલ્યો હોઈ શકે છે, જે કુલ આઇસોટોપોમર માહિતીનો માત્ર એક નાનો ભાગ છે. પ્રોટોન એન. એમ. આર. લેબલિંગનો ઉપયોગ મર્યાદિત હોવા છતાં, વધુ આઇસોટોપોમર માહિતી સાથેના પ્રયોગો કરતાં શુદ્ધ પ્રોટોન એન. એમ. આર. પ્રયોગોનું મૂલ્યાંકન કરવું ખૂબ સરળ છે. પ્રોટોન એન. એમ. આર. ઉપરાંત, 13સી. એન. એમ. આર. તકનીકોનો ઉપયોગ આઇસોટોપોમર્સના વિતરણનું વધુ વિગતવાર અવલોકન કરવાની મંજૂરી આપશે. લેબલ થયેલ કાર્બન અણુ અણુમાં તેના સીધા પડોશીઓની લેબલિંગ સ્થિતિના આધારે વિવિધ હાયપરફાઇન વિભાજન સંકેતો ઉત્પન્ન કરશે. જો પડોશી કાર્બન પરમાણુને લેબલ કરવામાં ન આવે તો સિંગલેટ શિખર ઉભરી આવે છે. જો માત્ર એક જ પડોશી કાર્બન અણુને લેબલ કરવામાં આવે તો ડબલટ શિખર ઉભરી આવે છે. ડબલ્ટ વિભાજનનું કદ પડોશી કાર્બન અણુના કાર્યાત્મક જૂથ પર આધાર રાખે છે. જો બે પડોશી કાર્બન પરમાણુઓને લેબલ કરવામાં આવે, તો જો ડબલ્ટ સ્પ્લિટિંગ્સ સમાન હોય તો ડબલ્ટ્સનો ડબલ્ટ ત્રિપાઇમાં અધોગતિ પામી શકે છે. મેટાબોલિક ફ્લક્સ વિશ્લેષણ હેતુઓ માટે એન. એમ. આર. તકનીકોનો ઉપયોગ કરવાની ખામીઓ એ છે કે તે અન્ય એન. એમ. આર. કાર્યક્રમોથી અલગ છે કારણ કે તે એક વિશિષ્ટ શાખા છે. એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોમીટર તમામ સંશોધન ટીમો માટે સીધા ઉપલબ્ધ ન પણ હોઈ શકે. એન. એમ. આર. માપન પરિમાણોના ઓપ્ટિમાઇઝેશન અને ટોચની રચનાઓના યોગ્ય વિશ્લેષણ માટે કુશળ એન. એમ. આર. નિષ્ણાતની જરૂર છે. અમુક મેટાબોલાઇટ્સને વધારાના આઇસોટોપોમર ડેટા મેળવવા માટે વિશેષ માપન પ્રક્રિયાઓની પણ જરૂર પડી શકે છે. વધુમાં, ટોચના વિસ્તારોની ચોક્કસ માત્રા નક્કી કરવા તેમજ ગૂંચવાયેલા સિંગલલેટ, ડબલ્ટ અને ટ્રિપલ્ટ શિખરોના વિઘટનને ઓળખવા માટે ખાસ અનુકૂળ સોફ્ટવેર સાધનોની જરૂર પડે છે. ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સથી વિપરીત, માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એમએસ) એ બીજી પદ્ધતિ છે જે મેટાબોલિક ફ્લક્સ વિશ્લેષણ પ્રયોગો માટે વધુ લાગુ પડે છે અને સંવેદનશીલ છે. એમએસ સાધનો વિવિધ પ્રકારોમાં ઉપલબ્ધ છે. દ્વિ-પરિમાણીય પરમાણુ ચુંબકીય પ્રતિધ્વનિ (2ડી-એન. એમ. આર.) થી અલગ, એમ. એસ. ઉપકરણો સીધા જ હાઇડ્રોલાઇસેટ સાથે કામ કરે છે. ગેસ ક્રોમેટોગ્રાફી-માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (જીસી-એમએસ) માં, એમએસને હાઇડ્રોલાઇસેટના સંયોજનોને અલગ કરવા માટે ગેસ ક્રોમેટોગ્રાફ સાથે જોડવામાં આવે છે. જી. સી. સ્તંભમાંથી બહાર નીકળતા સંયોજનો પછી આયનીકરણ થાય છે અને સાથે સાથે ખંડિત થાય છે. જી. સી.-એમ. એસ. નો ઉપયોગ કરવાનો ફાયદો એ છે કે માત્ર મોલેક્યુલર આયનના માસ આઇસોટોપોમર્સ જ માપવામાં આવતા નથી પણ કેટલાક ટુકડાઓના માસ આઇસોટોપોમર સ્પેક્ટ્રમ પણ માપવામાં આવે છે, જે માપવામાં આવેલી માહિતીમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. લિક્વિડ ક્રોમેટોગ્રાફી-માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (એલસી-એમએસ) માં, જીસીને લિક્વિડ ક્રોમેટોગ્રાફ સાથે બદલવામાં આવે છે. મુખ્ય તફાવત એ છે કે રાસાયણિક વ્યુત્પત્તિ જરૂરી નથી. જોકે, એમ. એફ. એ. માટે એલ. સી.-એમ. એસ. નો ઉપયોગ દુર્લભ છે. દરેક કિસ્સામાં, એમએસ સાધનો ચોક્કસ આઇસોટોપોમર વિતરણને તેના પરમાણુ વજન દ્વારા વિભાજિત કરે છે. ચોક્કસ મેટાબોલાઇટના તમામ આઇસોટોપોમર્સ કે જેમાં સમાન સંખ્યામાં લેબલવાળા કાર્બન અણુઓ હોય છે તે એક ટોચના સંકેતમાં એકત્રિત કરવામાં આવે છે. કારણ કે દરેક આઇસોટોપોમર એમએસ સ્પેક્ટ્રમમાં બરાબર એક શિખરમાં ફાળો આપે છે, પછી દરેક શિખર માટે ટકાવારી મૂલ્યની ગણતરી કરી શકાય છે, જે સામૂહિક આઇસોટોપોમર અપૂર્ણાંક આપે છે. n કાર્બન પરમાણુવાળા મેટાબોલાઇટ માટે, n + 1 માપ ઉત્પન્ન થાય છે. સામાન્યીકરણ પછી, બરાબર n માહિતીપ્રદ સમૂહ આઇસોટોપોમરની માત્રા રહે છે. એમએસ તકનીકોનો ઉપયોગ કરવામાં ખામી એ છે કે ગેસ ક્રોમેટોગ્રાફી માટે, ચાર્જ સાથેના અણુઓ મેળવવા માટે નમૂના રાસાયણિક વ્યુત્પત્તિ દ્વારા તૈયાર કરવા આવશ્યક છે. નમૂનાઓને વ્યુત્પન્ન કરવા માટે અસંખ્ય સંયોજનોનો ઉપયોગ થાય છે. એન, એન-ડાઇમિથાઇલફોર્મામાઇડ ડાઇમિથાઇલ એસિટલ (ડીએમએફડીએમએ) અને એન-(ટર્ટ-બ્યુટિલ્ડાઇમિથાઇલસિલિલ)-એન-મિથાઈલટ્રિફ્લોરોએસિટમાઇડ (એમટીબીએસટીએફએ) એ એમિનો એસિડને વ્યુત્પન્ન કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સંયોજનોના બે ઉદાહરણો છે. વધુમાં, અવલોકન કરાયેલ મજબૂત આઇસોટોપ અસરો જી. સી. સ્તંભમાં અલગ રીતે લેબલ થયેલ આઇસોટોપોમર્સના રીટેન્શન સમયને અસર કરે છે. જી. સી. સ્તંભનું ઓવરલોડિંગ પણ અટકાવવું જોઈએ. છેલ્લે, કાર્બન સિવાયના અન્ય અણુઓની કુદરતી વિપુલતા પણ માસ આઇસોટોપોમર સ્પેક્ટ્રમમાં વિક્ષેપ તરફ દોરી જાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, અણુમાં દરેક ઓક્સિજન અણુ 17O આઇસોટોપ તરીકે અને 18O આઇસોટોપ તરીકે પણ હાજર હોઈ શકે છે. આઇસોટોપ્સની કુદરતી વિપુલતાની વધુ નોંધપાત્ર અસર એ આઇસોટોપ્સ 29Si અને 30Si ની કુદરતી વિપુલતા સાથે સિલિકોનની અસર છે. સી નો ઉપયોગ એમએસ તકનીકો માટે વ્યુત્પન્ન એજન્ટોમાં થાય છે. માનવ ખનિજ પોષણ સંશોધનમાં ઉપયોગ મનુષ્યોમાં ખનિજ પોષણ અને ચયાપચયનો અભ્યાસ કરવા માટે સ્થિર આઇસોટોપ ટ્રેસરનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ 1960 ના દાયકામાં નોંધવામાં આવ્યો હતો. જ્યારે રેડિયોઆઇસોટોપનો ઉપયોગ માનવ પોષણ સંશોધનમાં ઘણા દાયકાઓ પહેલા કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે સ્થિર આઇસોટોપોએ એક સુરક્ષિત વિકલ્પ રજૂ કર્યો હતો, ખાસ કરીને એવા વિષયોમાં કે જેના માટે કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં વધારો થયો છે, દા. ત. સગર્ભા અને સ્તનપાન કરાવતી સ્ત્રીઓ અને બાળકો. સ્થિર આઇસોટોપ દ્વારા આપવામાં આવતા અન્ય ફાયદાઓમાં કોઈ યોગ્ય રેડિયોઆઇસોટોપ ન હોય તેવા તત્વોનો અભ્યાસ કરવાની અને લાંબા ગાળાના ટ્રેસર વર્તનનો અભ્યાસ કરવાની ક્ષમતાનો સમાવેશ થાય છે. આમ આઇસોટોપથી સમૃદ્ધ સામગ્રી અને અકાર્બનિક માસ સ્પેક્ટ્રોમીટરની વધતી ઉપલબ્ધતા સાથે સ્થિર આઇસોટોપનો ઉપયોગ સામાન્ય બન્યો. રેડિયોઆઇસોટોપ્સને બદલે સ્થિર આઇસોટોપ્સના ઉપયોગમાં ઘણી ખામીઓ છેઃ મોટા પ્રમાણમાં ટ્રેસરની જરૂર પડે છે, જેમાં કુદરતી રીતે અસ્તિત્વમાં રહેલા ખનિજને ખલેલ પહોંચાડવાની ક્ષમતા હોય છે; વિશ્લેષણાત્મક નમૂનાની તૈયારી વધુ જટિલ હોય છે અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન વધુ ખર્ચાળ હોય છે; આખા શરીર અથવા ચોક્કસ પેશીઓમાં ટ્રેસરની હાજરીને બાહ્ય રીતે માપી શકાતી નથી. તેમ છતાં, સ્થિર આઇસોટોપ્સને માનવ અભ્યાસમાં પ્રમાણભૂત બનાવતા ફાયદાઓ પ્રચલિત થયા છે. માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે જરૂરી અને પોષણ સંશોધકો માટે ખાસ રસ ધરાવતા મોટાભાગના ખનિજોમાં સ્થિર આઇસોટોપ હોય છે, જેમાંથી કેટલાક તેમની ઓછી કુદરતી વિપુલતાને કારણે જૈવિક ટ્રેસર તરીકે સારી રીતે અનુકૂળ હોય છે. આયર્ન, ઝિંક, કેલ્શિયમ, કોપર, મેગ્નેશિયમ, સેલેનિયમ અને મોલિબ્ડેનમ એ સ્થિર આઇસોટોપ ધરાવતા આવશ્યક ખનિજોમાં સામેલ છે, જેના માટે આઇસોટોપ ટ્રેસર પદ્ધતિઓ લાગુ કરવામાં આવી છે. ખાસ કરીને આયર્ન, ઝિંક અને કેલ્શિયમનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ખનિજ પોષણ/ચયાપચયના જે પાસાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે તેમાં શોષણ (જઠરાંત્રિય માર્ગમાંથી શરીરમાં), વિતરણ, સંગ્રહ, ઉત્સર્જન અને આ પ્રક્રિયાઓના ગતિશાસ્ત્રનો સમાવેશ થાય છે. આઇસોટોપ ટ્રેસર વિષયોને મૌખિક રીતે (ખોરાક સાથે અથવા વગર, અથવા ખનિજ પૂરક સાથે) અને/અથવા નસમાં આપવામાં આવે છે. આઇસોટોપ સંવર્ધન પછી રક્ત પ્લાઝ્મા, એરિથ્રોસાઇટ્સ, પેશાબ અને/અથવા મળમાં માપવામાં આવે છે. સ્તન દૂધ અને આંતરડાની સામગ્રીમાં પણ સંવર્ધન માપવામાં આવ્યું છે. ટ્રેસર પ્રયોગ ડિઝાઇન કેટલીકવાર તેમના ચયાપચયમાં તફાવતોને કારણે ખનિજો વચ્ચે અલગ પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આયર્નનું શોષણ સામાન્ય રીતે એરિથ્રોસાઇટ્સમાં ટ્રેસરના સમાવેશથી નક્કી થાય છે જ્યારે ઝિંક અથવા કેલ્શિયમનું શોષણ પ્લાઝ્મા, પેશાબ અથવા મળમાં ટ્રેસરના દેખાવથી માપવામાં આવે છે. એક જ અભ્યાસમાં બહુવિધ આઇસોટોપ ટ્રેસરનું સંચાલન સામાન્ય છે, જે વધુ વિશ્વસનીય માપન પદ્ધતિઓના ઉપયોગ અને ચયાપચયના બહુવિધ પાસાઓની એક સાથે તપાસની મંજૂરી આપે છે. આહારમાંથી ખનિજ શોષણનું માપન, જેને ઘણીવાર જૈવઉપલબ્ધતા તરીકે ગણવામાં આવે છે, તે પોષણ સંશોધન માટે આઇસોટોપ ટ્રેસર પદ્ધતિઓનો સૌથી સામાન્ય ઉપયોગ છે. આવા અભ્યાસોના હેતુઓમાં ખોરાકના પ્રકાર દ્વારા શોષણ કેવી રીતે પ્રભાવિત થાય છે તેની તપાસનો સમાવેશ થાય છે. છોડ વિરુદ્ધ પ્રાણી સ્રોત, સ્તન દૂધ વિરુદ્ધ સૂત્ર), આહારના અન્ય ઘટકો (દા. ત. ફાયટેટ), રોગ અને ચયાપચયની વિકૃતિઓ (દા. ત. પર્યાવરણીય આંતરડાની તકલીફ), પ્રજનન ચક્ર, આહારમાં ખનીજની માત્રા, ક્રોનિક ખનીજની ઉણપ, વિષયની ઉંમર અને હોમિયોસ્ટેટિક પદ્ધતિઓ. જ્યારે આવા અભ્યાસોના પરિણામો ખનિજ માટે ઉપલબ્ધ હોય છે, ત્યારે તેઓ ખનિજની માનવ શારીરિક અને આહાર જરૂરિયાતોના અંદાજ માટે આધાર તરીકે કામ કરી શકે છે. જ્યારે ટ્રેસરને ખનિજ શોષણ અને ચયાપચયના નિરીક્ષણના હેતુથી ખોરાક સાથે સંચાલિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે આંતરિક અથવા બાહ્ય લેબલના સ્વરૂપમાં હોઈ શકે છે. આંતરિક લેબલ એ આઇસોટોપ છે જે તેના ઉત્પાદન દરમિયાન ખોરાકમાં દાખલ કરવામાં આવ્યું છે, આમ ખોરાકની કુદરતી ખનિજ સામગ્રીને સમૃદ્ધ બનાવે છે, જ્યારે બાહ્ય લેબલિંગ અભ્યાસ દરમિયાન ખોરાકમાં ટ્રેસર આઇસોટોપ ઉમેરવાનો સંદર્ભ આપે છે. કારણ કે તે ખૂબ જ સમય માંગી લેતો અને ખર્ચાળ અભિગમ છે, આંતરિક લેબલિંગનો નિયમિતપણે ઉપયોગ થતો નથી. વિવિધ ખોરાકના આંતરિક અને બાહ્ય લેબલિંગનો ઉપયોગ કરીને શોષણના માપનની સરખામણી કરતા અભ્યાસોએ સામાન્ય રીતે બે લેબલિંગ પદ્ધતિઓ વચ્ચે સારી સમજૂતી દર્શાવી છે, જે માનવ જઠરાંત્રિય માર્ગમાં બાહ્ય અને કુદરતી ખનિજોને સમાન રીતે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે તે પૂર્વધારણાને ટેકો આપે છે. માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી દ્વારા સંવર્ધનને આઇસોટોપ ગુણોત્તરના માપમાંથી માપવામાં આવે છે, જે ટ્રેસર આઇસોટોપ અને સંદર્ભ આઇસોટોપનો ગુણોત્તર છે. વિવિધ સંશોધકો દ્વારા સંવર્ધનની બહુવિધ વ્યાખ્યાઓ અને ગણતરીઓ અપનાવવામાં આવી છે. જ્યારે એક સાથે બહુવિધ ટ્રેસરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે સંવર્ધનની ગણતરીઓ વધુ જટિલ બની જાય છે. કારણ કે સમૃદ્ધ આઇસોટોપ તૈયારીઓ ક્યારેય આઇસોટોપિક રીતે શુદ્ધ હોતી નથી, એટલે કે. તેઓ તત્વના તમામ આઇસોટોપ્સને અકુદરતી વિપુલતામાં ધરાવે છે, બહુવિધ આઇસોટોપ ટ્રેસરના સંવર્ધનની ગણતરી અન્ય ટ્રેસરની હાજરી દ્વારા દરેક આઇસોટોપ ગુણોત્તરના વિક્ષેપ માટે જવાબદાર હોવી જોઈએ. ખનીજની ખામીઓના વ્યાપ અને સંસાધન-ગરીબ દેશોમાં માનવ સ્વાસ્થ્ય અને સુખાકારી પર તેમની ગંભીર અસરને કારણે, આંતરરાષ્ટ્રીય અણુ ઊર્જા એજન્સીએ તાજેતરમાં પશ્ચિમી શૈક્ષણિક કેન્દ્રોની બહારના સંશોધકોને આ જ્ઞાનના પ્રસારને સરળ બનાવવા માટે સ્થિર આઇસોટોપ પદ્ધતિઓનું વિગતવાર અને વ્યાપક વર્ણન પ્રકાશિત કર્યું છે. રેડિયોઆઇસોટોપિક લેબલિંગ એ સિસ્ટમ દ્વારા પદાર્થના નમૂનાના માર્ગને ટ્રેક કરવા માટેની એક તકનીક છે. આ પદાર્થને તેની રાસાયણિક રચનામાં રેડિયોન્યુક્લાઇડ્સનો સમાવેશ કરીને "લેબલ" કરવામાં આવે છે. જ્યારે આ ક્ષય થાય છે, ત્યારે તેમના દ્વારા ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગને શોધીને તેમની હાજરી નક્કી કરી શકાય છે. રેડિયોઆઇસોટોપિક લેબલિંગ એ આઇસોટોપિક લેબલિંગનો એક ખાસ કેસ છે. આ હેતુઓ માટે, ખાસ કરીને ઉપયોગી પ્રકારનો કિરણોત્સર્ગી ક્ષય એ પોઝિટ્રોન ઉત્સર્જન છે. જ્યારે પોઝિટ્રોન ઇલેક્ટ્રોન સાથે અથડાય છે, ત્યારે તે વિપરીત દિશામાં મુસાફરી કરતા બે ઉચ્ચ-ઊર્જા ફોટોન મુક્ત કરે છે. જો પોઝિટ્રોન નક્કર પદાર્થની અંદર ઉત્પન્ન થાય છે, તો તે એક મિલીમીટરથી વધુ મુસાફરી કરતા પહેલા આવું કરે તેવી શક્યતા છે. જો આ બંને ફોટોન શોધી શકાય, તો ક્ષયની ઘટનાનું સ્થાન ખૂબ જ ચોક્કસપણે નક્કી કરી શકાય છે. સખત રીતે કહીએ તો, રેડિયોઆઇસોટોપિક લેબલિંગમાં માત્ર એવા કિસ્સાઓનો સમાવેશ થાય છે જ્યાં પ્રયોગકારો દ્વારા કિરણોત્સર્ગને કૃત્રિમ રીતે રજૂ કરવામાં આવે છે, પરંતુ કેટલીક કુદરતી ઘટનાઓ સમાન વિશ્લેષણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. ખાસ કરીને, રેડિયોમેટ્રિક ડેટિંગ નજીકથી સંબંધિત સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રોટિઓમિક્સમાં ઉપયોગો પ્રોટિઓમિક્સમાં, જીનોમ દ્વારા વ્યક્ત પ્રોટીનના સંપૂર્ણ સમૂહનો અભ્યાસ, રોગોના બાયોમાર્કર્સને ઓળખવા માટે સેલ કલ્ચર (એસ. આઈ. એલ. એ. સી.) માં એમિનો એસિડ દ્વારા સ્થિર આઇસોટોપ લેબલિંગનો ઉપયોગ સામેલ હોઈ શકે છે, જે પ્રોટીનના સ્તરનો અંદાજ કાઢવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા એમિનો એસિડના આઇસોટોપિક લેબલવાળા સ્વરૂપો પૂરા પાડે છે. પ્રોટીન રિકોમ્બિનન્ટમાં, હેરફેર પ્રોટીન મોટી માત્રામાં ઉત્પન્ન થાય છે અને આઇસોટોપ લેબલિંગ એ સંબંધિત પ્રોટીન માટે પરીક્ષણ કરવા માટેનું એક સાધન છે. આ પદ્ધતિ 13C અથવા 15N સાથે ન્યુક્લિયસને પસંદગીયુક્ત રીતે સમૃદ્ધ કરવા અથવા તેમાંથી 1H ઘટાડવાની હતી. પુનઃ સંયોજકને નાઇટ્રોજનના સ્ત્રોત તરીકે 15N-એમોનિયમ ક્લોરાઇડ ધરાવતા માધ્યમો સાથે E.coli માં વ્યક્ત કરવામાં આવશે. પરિણામી 15N લેબલવાળા પ્રોટીન પછી સ્થિર ધાતુના આકર્ષણ દ્વારા શુદ્ધ કરવામાં આવે છે અને તેમની ટકાવારી અંદાજવામાં આવે છે. લેબલવાળા પ્રોટીનની ઉપજ વધારવા અને આઇસોટોપ લેબલવાળા માધ્યમોની કિંમત ઘટાડવા માટે, એક વૈકલ્પિક પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે લેબલ વગરના માધ્યમોનો ઉપયોગ કરીને કોષ સમૂહને ઓછામાં ઓછા લેબલવાળા માધ્યમોમાં રજૂ કરતા પહેલા વધારે છે. આઇસોટોપ લેબલિંગનો બીજો ઉપયોગ ડીએનએ સંશ્લેષણને માપવામાં હશે, જે વિટ્રોમાં કોષ પ્રસાર છે. કોષોમાં સંશ્લેષણ (અથવા ક્રમ) ની પેટર્નની તુલના કરવા માટે H3-થાઇમિડીન લેબલિંગનો ઉપયોગ કરે છે. ઇકોસિસ્ટમ પ્રક્રિયા વિશ્લેષણ માટેની એપ્લિકેશન્સ આઇસોટોપિક ટ્રેસરનો ઉપયોગ કુદરતી પ્રણાલીઓ, ખાસ કરીને પાર્થિવ અને જળચર વાતાવરણમાં પ્રક્રિયાઓનું પરીક્ષણ કરવા માટે થાય છે. માટી વિજ્ઞાનમાં 15N ટ્રેસરનો ઉપયોગ નાઇટ્રોજન સાઇકલિંગનો અભ્યાસ કરવા માટે વ્યાપકપણે થાય છે, જ્યારે 13C અને 14C, અનુક્રમે કાર્બનના સ્થિર અને રેડિયોઆઇસોટોપનો ઉપયોગ કાર્બનિક સંયોજનોના ટર્નઓવર અને ઓટોટ્રોફ્સ દ્વારા ફિક્સેશનનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, માર્શ એટ અલ. (2005) એમોનિયા ઓક્સિડાઇઝર્સ દ્વારા ઊર્જાના સ્ત્રોત (એમોનિયા ઓક્સિડેશન) અને કાર્બન સ્ત્રોત (કેમોઆટોટ્રોફિક કાર્બન ફિક્સેશન) બંને તરીકે સંયોજનનો ઉપયોગ દર્શાવવા માટે બેવડા લેબલવાળા (15N-અને 14C) યુરિયાનો ઉપયોગ કર્યો હતો. ડ્યુટેરેટેડ પાણીનો ઉપયોગ વૃક્ષ અથવા ઇકોસિસ્ટમમાં પાણીના ભાવિ અને ઉંમરને શોધવા માટે પણ થાય છે. પ્રક્રિયાઓની વિશાળ શ્રેણીનો અભ્યાસ કરવા માટે સમુદ્રશાસ્ત્રમાં ટ્રેસર્સ માટેની અરજીઓનો પણ વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. ઉપયોગમાં લેવાતા આઇસોટોપ સામાન્ય રીતે સુસ્થાપિત સ્રોતો અને રચના અને ક્ષયના દર સાથે કુદરતી રીતે જોવા મળે છે. જો કે, એન્થ્રોપોજેનિક આઇસોટોપનો ઉપયોગ પણ મોટી સફળતા સાથે થઈ શકે છે. સંશોધકો સમુદ્રની ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ વિશેની માહિતીનો અંદાજ કાઢવા માટે વિવિધ સ્થળોએ અને સમયે સમસ્થાનિક ગુણોત્તરને માપે છે. કણોના પરિવહન મહાસાગર એ કણોના પરિવહનનું એક વ્યાપક નેટવર્ક છે. થોરિયમ આઇસોટોપ સંશોધકોને દ્રવ્યની ઊભી અને આડી હિલચાલને સમજવામાં મદદ કરી શકે છે. 234th સમુદ્રમાં સતત, સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત ઉત્પાદન દર અને 24 દિવસની અર્ધ-જીવન ધરાવે છે. આ કુદરતી રીતે બનતું આઇસોટોપ ઊંડાઈ સાથે રેખીય રીતે બદલાતું જોવા મળ્યું છે. તેથી, આ રેખીય પેટર્નમાં કોઈપણ ફેરફારો કણો પર 234th ના પરિવહનને આભારી હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, થોડા મીટર નીચે ખૂબ ઊંચા મૂલ્યો સાથે સપાટીના પાણીમાં નીચા સમસ્થાનિક ગુણોત્તર નીચેની દિશામાં ઊભી પ્રવાહ સૂચવે છે. વધુમાં, કણોના બાજુના પરિવહનને સમજવા માટે થોરિયમ આઇસોટોપને ચોક્કસ ઊંડાણમાં શોધી શકાય છે. સ્થાનિક પ્રણાલીઓમાં પરિભ્રમણ, જેમ કે ખાડીઓ, નદીમુખ અને ભૂગર્ભજળ, રેડિયમ આઇસોટોપ દ્વારા ચકાસી શકાય છે. 223Ra નું અર્ધ-જીવન 11 દિવસનું છે અને તે નદીઓ અને ભૂગર્ભજળ સ્ત્રોતોમાં ચોક્કસ સ્થળોએ કુદરતી રીતે થઇ શકે છે. જેમ જેમ સ્ત્રોત નદીનું પાણી ખાડી અથવા નદીમુખમાં પ્રવેશ કરે છે તેમ તેમ રેડિયમનું સમસ્થાનિક ગુણોત્તર ઘટશે. સંખ્યાબંધ વિવિધ સ્થળોએ 223Ra ની માત્રાને માપવાથી, પરિભ્રમણ પેટર્નને સમજી શકાય છે. આ જ ચોક્કસ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ ભૂગર્ભજળની હિલચાલ અને વિસર્જનનો અભ્યાસ કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. વૈશ્વિક સ્તરે પરિભ્રમણનો અભ્યાસ કરવા માટે લીડના વિવિધ આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. વિવિધ મહાસાગરો (એટલે કે. એટલાન્ટિક, પેસિફિક, ભારતીય, વગેરે) વિવિધ આઇસોટોપિક સહીઓ હોય છે. આ વિવિધ મહાસાગરોની અંદર કાંપ અને ખડકોના સમસ્થાનિક ગુણોત્તરમાં તફાવતનું પરિણામ છે. કારણ કે સીસાના જુદા જુદા આઇસોટોપ્સ 50-200 વર્ષોના અર્ધ-જીવન ધરાવે છે, તેથી સમગ્ર મહાસાગરમાં આઇસોટોપિક ગુણોત્તરને એકરૂપ કરવા માટે પૂરતો સમય નથી. તેથી, Pb સમસ્થાનિક ગુણોત્તરના ચોક્કસ વિશ્લેષણનો ઉપયોગ વિવિધ મહાસાગરોના પરિભ્રમણનો અભ્યાસ કરવા માટે કરી શકાય છે. ટેક્ટોનિક પ્રક્રિયાઓ અને આબોહવા પરિવર્તન અત્યંત લાંબા અર્ધ-જીવન અને તેમના સડો ઉત્પાદનો સાથેના આઇસોટોપનો ઉપયોગ મલ્ટિ-મિલિયન વર્ષ પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે કરી શકાય છે, જેમ કે ટેક્ટોનિક્સ અને ભારે આબોહવા પરિવર્તન. ઉદાહરણ તરીકે, રુબીડિયમ-સ્ટ્રોન્ટીયમ ડેટિંગમાં, સ્ટ્રોન્ટીયમ (87Sr/86Sr) ના સમસ્થાનિક ગુણોત્તરનું વિશ્લેષણ બરફના કોરમાં પૃથ્વીના જીવનકાળમાં થતા ફેરફારોની તપાસ કરવા માટે કરી શકાય છે. બરફના કેન્દ્રમાં આ ગુણોત્તરમાં તફાવતો પૃથ્વીના ભૂ-રસાયણશાસ્ત્રમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો સૂચવે છે. પરમાણુ શસ્ત્રો સાથે સંબંધિત આઇસોટોપ ઉપરોક્ત પ્રક્રિયાઓને કુદરતી રીતે બનતા આઇસોટોપનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે. તેમ છતાં, એન્થ્રોપોજેનિક આઇસોટોપ પણ સમુદ્રશાસ્ત્રીય માપન માટે અત્યંત ઉપયોગી છે. પરમાણુ શસ્ત્રોના પરીક્ષણોએ વિશ્વના મહાસાગરોમાં અસામાન્ય આઇસોટોપ છોડ્યાં. 3H, 129I અને 137C સમુદ્રના પાણીમાં ઓગળેલા જોવા મળે છે, જ્યારે 241Am અને 238Pu કણો સાથે જોડાયેલા હોય છે. પાણીમાં ઓગળેલા આઇસોટોપ વૈશ્વિક પરિભ્રમણના અભ્યાસમાં ખાસ કરીને ઉપયોગી છે. ઉદાહરણ તરીકે, સમુદ્રની અંદર બાજુની સમસ્થાનિક ગુણોત્તરમાં તફાવત મજબૂત જળ મોરચો અથવા જિરે સૂચવી શકે છે. તેનાથી વિપરીત, કણો સાથે જોડાયેલા આઇસોટોપનો ઉપયોગ પાણીના સ્તંભોમાં સામૂહિક પરિવહનનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. દાખલા તરીકે, જ્યારે ખૂબ ઊંડાણમાં અવલોકન કરવામાં આવે ત્યારે એમ અથવા પુનું ઊંચું સ્તર ડાઉનવેલિંગ અથવા સપાટી પર અવલોકન કરવામાં આવે ત્યારે અપવેલિંગ સૂચવી શકે છે. આઇસોટોપિક લેબલિંગ માટેની પદ્ધતિઓ રાસાયણિક સંશ્લેષણ ઉત્સેચક-મધ્યસ્થ વિનિમય આઇસોટોપિક લેબલવાળા માધ્યમોમાં રિકોમ્બિનન્ટ પ્રોટીન અભિવ્યક્તિ. આ પણ જુઓ જીવવિજ્ઞાનમાં કિરણોત્સર્ગી ટ્રેસર આઇસોટોપોમર આઇસોટોપોલોગ આઇસોબેરિક લેબલિંગમાં કિરણોત્સર્ગી કિરણોત્સર્ગીનો ઉપયોગ ધાતુના કાર્બોનીલ્સનું આઇસોટોપ મંદન ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ રેડિયોલાબેલ્ડ સંયોજનોનું સંશ્લેષણ લેબલિંગ પ્રયોગશાળા તકનીકો ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર બાયોકેમિસ્ટ્રી પદ્ધતિઓ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ