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稳定性同位素质谱仪，是指一种专门测定C、H、O、N和S等稳定性同位素比值的质谱仪器（IRMS）。在轻元素的稳定性同位素分析时均以气体形式进行质谱测定，因此首先要将被分析的样品转化为气体。在离子源中气体分子被电离成带正电荷的离子，并经电场和磁场的作用将离子按照它们的质荷比分开，然后根据不同离子束流的强度测定稳定性同位素比值。稳定性同位素质谱测定可采用单路测量，或采用双路（样品路和标准路）测量的方式。单路测量是气体样品从进样系统的一路进入质谱中即可测得所需离子束的强度，并由比值计算出样品中同位素的原子百分数；而采用双路测量时，样品气体必须与工作标准气体进行交替比较测量，得出气体样品相对于标准气体的某种同位素的丰度比，并以3表示。

虽然稳定同位素质谱分析精确度比较高，但必须注意由于实验过程和仪器工作条件的变化所引起的测量误差，具体表现在：①仪器的空白本底；②仪器管道中的记忆效应；③测量峰的拖尾现象；④仪器进样系统的混阀问题；⑤样品制备中的相互污染等。稳定同位素质谱仪广泛应用于土壤圈中含碳、氮、氧、氢和硫元素的物质循环，以及它们对生态环境影响的研究。