氢在自然界中有2种稳定同位素：H，D，它们的相对质量差别最大，因而同位素分馏也最明显。氢同位素在各种水体、岩石、矿物和生物中广泛分布，可以反映地球各层圈的物质循环、成岩成矿作用、地质温度等信息。   氢同位素通常与氧同位素相结合应用，因为它们都存在于水分子中，并受到相似的影响因素例如：利用氢、氧、碳同位素示踪岩浆热液浊变和水岩相互作用，利用氢、氧、碳同位素示踪变质作用过程，用氢、氧同位素示踪成矿热液来源，用碳、硫同位素示踪热液矿床成矿的物理化学环境。利用水中的氢、氧同位素组成来重建古环境和古气候变化，利用冰芯中的氢、氧同位素组成来揭示冰冻圈科学中的物质循环和温度变化。

   油气地球化学应用：利用天然气中的碳、氢等轻元素稳定同位素技术来探讨天然气的成因、来源和演化过程。烃类的碳、氢同位素组成，来判断天然气的生物降解程度、成熟度、干湿度、混合程度等特征，对比不同区域或不同层系的天然气源岩类型和有机质性质，示踪天然气在储层中发生过的次生变化作用，如水岩交换、裂解重组、吸附解吸等，反映原油形成过程中受到的温度变化和生物降解作用 。利用原油中易挥发性化合物（如正构烷烃）的碳、氢同位素组成，来对比不同区域或不同层系的原油源岩类型和有机质性质 。

   氢同位素分析测试：测量氢同位素的丰度有多种方法，如质谱法、折射率法、色谱法、光谱法等。其中质谱法是最通用的基准方法，它利用不同氢同位素分子在电磁场中偏转程度不同的原理，来测定样品中各种氢同位素分子的相对数量。表示氢同位素的丰度时，常用δD值，它是指样品中D/H比与标准海水（SMOW）中D/H比之间的相对偏差。由于氢同位素之间的变化范围很大，导致它们在不同条件下会发生显著的分馏效应，测试难度较大。因此，需要建立可靠的标准物质和校准方法来保证结果的可比性和可追溯性。

气相色谱-同位素质谱连联用仪

（图片来源：中科院西北生态环境资源研究院地球化学分析测试中心网站）