同位素非质量分馏（Mass-independent fractionation，MIF）是指一种同位素分馏类型，其中元素不同同位素的相对丰度与它们的质量不成比例。同位素非质量分馏是指同位素的分馏效应与质量差异无关，而与其他因素如光化学反应、核体积效应等有关的现象。一般来说，同位素的质量差越大，其分馏效应也越大，即同位素交换反应服从质量相关定则。但是，在一些特殊的条件下，会出现同位素组成偏离质量相关定则的情况，即非质量分馏。例如，在平流层中的一些光化学反应可引起氧同位素的非质量分馏，导致δ ¹⁷ O≠0.52δO₁₈ O。一个常见的氧同位素非质量分馏的例子是大气中的臭氧（O₃）。臭氧是由氧气（O₂）在紫外线的作用下形成的，这个过程会导致臭氧中含有异常高的¹⁷O同位素。这种异常不是由于质量差异引起的，而是由于光化学反应中分子对称性的破坏造成的。因此，臭氧中的¹⁷O同位素可以看作是一种非质量分馏效应。

    MIF是一种偏离正常同位素分馏模式的现象，通常情况下，较重同位素相对于较轻同位素富集。MIF可以通过多种方式发生，其中一种常见的机制涉及吸收和重新辐射含有感兴趣同位素的原子或分子的光。这可能导致特定能级的选择性激发或去激发，这些能级取决于同位素组成，从而导致同位素丰度和质量之间的非线性关系。MIF的一个重要应用是研究古代大气组成和演化。例如，古代岩石中的氧同位素组成可以提供有关大气氧气历史的信息，这些氧气受到光合作用和臭氧形成等过程的影响。硫同位素中的MIF也被用来推断地球早期大气中氧气的存在。此外，碳、氮和铁等其他元素中的MIF可以提供有关陨石起源和影响它们同位素组成的过程的见解。同位素非质量分馏的意义在于它可以用来示踪一些特殊的物理、化学或生物过程，如光化学反应、核体积效应、放射性衰变等。这些过程会导致同位素组成偏离质量相关定则，从而反映出不同的同位素指纹谱。例如，硫同位素的非质量相关分馏可以用来判断大气氧气浓度的变化和“大氧化事件”的起始时间。

   氧同位素非质量分馏是指在某些物理或化学过程中，氧的不同同位素（¹⁶O、¹⁷O和¹⁸O）之间的分配不仅取决于它们的质量差异，还取决于其他因素，如反应机理、光化学效应或分子对称性等。这种现象在自然界中并不常见，但在一些特殊的环境或条件下，可以产生明显的效应。氧同位素非质量分馏对地球科学研究有重要意义，因为它可以提供一些关于古大气、古海洋、古生物和古气候等方面的信息。例如，通过测量海洋沉积物中硫酸盐的三氧同位素（Δ’¹⁷O），可以推断出过去大气中氧气含量的变化。

   2019年，Science曾报道了最新的地球科学研究成果，即研究人员利用高精度的硫同位素分析技术，对产自西非Zimmi冲积平原的六颗金刚石中的硫化物包裹体进行了测试，并发现其中含有MIF硫特征，这一发现为限定西非克拉通板块构造启动时间提供了关键约束条件。通过Re-Os同位素定年信息，研究人员发现，这些金刚石形成于两期俯冲事件，其中一期是约3.0 Ga前，大陆岩石圈开始发生平板俯冲（智利型俯冲），太古宙地表硫进入地幔，形成MIF硫；另一期是在2.0~1.8 Ga时期，后期变质作用中，矿物硫元素经历了重新分配和混合，但仍带有MIF硫特征。这一研究结果将为解决板块构造启动时间的问题提供重要参考。

从硫同位素的角度理解克拉通构造的地球动力学过程（Smit et al., 2019）