1 сентября 1877 года родился нобелевский лауреат Фрэнсис Уильям Астон, изобретатель современной масс-спектрометрии

TdzOnWstYEY1

Фрэнсис Астон родился и всю жизнь прожил в Англии. Он учился в Бирмингемском университете, несколько лет работал в частной лаборатории дома у своего отца, а с 1903 года работал в том же Бирмингемском университете под началом Джона Пойнтинга. В 1909 был приглашен на должность лектора там же, но уже в 1910 уехал работать в Кавендишскую лабораторию в Кембридже по приглашению сэра Джозефа Джона Томсона.

Вместе с Томсоном Астон занимался исследованием применения газоразрядных трубок, открытых относительно недавно, и ионизирующего излучения для определения масс атомных ядер. Уже тогда выдвигались предположения о существовании изотопов — то есть ядер одного и того же элемента с разной атомной массой. В 1913 году Томсону при участии Астона удалось показать, что у неона, по-видимому, существует как минимум 2 изотопа. При помощи одновременного действия магнитного и и электрического полей ученые смогли разделить пучок ионизированных атомов неона на две составляющие. Это разделение хорошо объяснялось различиями в массе изотопов.

На основании этих исследований была выдвинута идея о методе точного измерения масс атомных ядер. Так как для всех изотопов отношение массы к заряду иона будет разным, то и отклоняться в электрическом и магнитном полях они будут по-разному. Построив прибор таким образом, чтобы в результате отклонения пучков от общей траектории их можно было разделить на выходе (по следам на фотопластине или при помощи более сложных детекторов), можно было бы измерить соотношения их масс.

Работа по изучению изотопов была прервана Первой мировой войной. По ее окончании Астон вернулся в лабораторию и продолжил ранее начатое исследование. С целью точного определения масс изотопов был построен один из первых масс-спектрометров, обладавших достаточным разрешением для подобного измерения. В 1919 году Астон опубликовал результаты измерения масс изотопов неона: он показал, что существуют два типа ядер неона с атомными массами 20 и 22 соответственно, и что ни одна из них не соответствует молярной массе неона 20,2.

Аналогичные результаты Астон получил и для хлора: изотопы с массами 35 и 37, не соответствующие молярной массе 35,45. На основании этих данных он сформулировал правило целых чисел, которое гласит, что массы изотопов являются произведением целого числа на массу атома водорода. Таким образом Астон формально подтвердил гипотезу Праута 1815 года. Тот факт, что хорошо измеренные молярные массы элементов не являются целочисленными, говорит лишь о том, что они являются средней массой смеси изотопов.

Улучшая свой масс-спектрометр, Астон смог с высокой точностью измерить массы 212 стабильных изотопов. За совокупность своих исследований он был в 1922 году удостоен Нобелевской премии по химии.