Francis William Aston

(Birmingham, 1877 - Londres, 1945) Físico y químico inglés. Formado en las universidades de Birmingham y Cambridge, fue colaborador del laboratorio Cavendish. En 1919 inventó el espectrógrafo de masas, por el que obtendría el premio Nobel de Química de 1922. El espectrógrafo de masas es un dispositivo experimental que permite separar las partículas cargadas en función de su masa. Descubrió así la existencia de un total de 212 isótopos antes desconocidos y la regla que lleva su nombre, que afirma que los elementos atómicos de número impar no pueden tener más de dos isótopos estables.


Francis William Aston

La espectrometría de masas se fundamenta en un principio simple: cuando un flujo de partículas cargadas se somete a la acción de un campo magnético, experimenta una desviación; la amplitud de dicha desviación depende de la masa y de la carga de las partículas que integran el flujo. El espectrómetro o espectrógrafo de masas consta, esencialmente, de tres partes: la cámara de ionización, la cámara de desviación y el detector. En la cámara de ionización, los átomos de la sustancia que se pretende identificar reciben una energía de excitación que les hace perder electrones. A veces dicha energía se consigue simplemente calentando la muestra. Como consecuencia de la pérdida de electrones, los átomos se convierten en partículas cargadas positivamente que reciben el nombre de iones.

Los iones producidos en la cámara de ionización pasan luego a la cámara de desviación. La cámara de desviación está sometida a un campo magnético intenso. Cuando el flujo de iones positivos atraviesa la cámara, la trayectoria de cada uno de ellos experimenta una desviación por efecto del campo magnético; en lugar de atravesar la cámara en línea recta, lo hacen siguiendo una curva. El grado de curvatura de cada trayectoria depende de la masa y la carga del ion positivo; los iones pesados siguen una trayectoria que no se aparta mucho de la línea recta, mientras que los más ligeros resultan más desviados.

Al salir de la cámara de desviación, los iones positivos chocan con una placa fotográfica, o un elemento similar, instalada en el detector. El detector registra la magnitud de las desviaciones con respecto a la línea recta experimentadas por las trayectorias de las partículas que integran la muestra, indicando así la masa y la carga de dichas partículas. Dado que cada elemento y cada átomo poseen una masa y una carga características, la lectura del registro recogido por el detector permite identificar los átomos presentes en la muestra.


Francis William Aston con su espectrógrafo de masas

Ya en el curso de su primera investigación con el espectrógrafo de masas, Francis William Aston realizó un notable descubrimiento: al hacer pasar por el aparato una muestra de gas neón puro, advirtió que en el detector se formaban dos manchas separadas, lo cual significaba que el gas contenía átomos correspondientes a dos masas diferentes.

Aston interpretó que su descubrimiento señalaba la existencia de dos tipos diferentes de átomos de neón. Ambos debían poseer el mismo número de protones, puesto que todas las formas de neón contienen siempre el mismo número de protones, pero un número diferente de neutrones y, en consecuencia, sus masas atómicas debían ser diferentes. Los trabajos de Aston proporcionaron así la primera prueba experimental de la existencia de isótopos, es decir, de formas de un mismo átomo con un número igual de protones pero con un número diferente de neutrones. El científico británico describió sus descubrimientos en obras como Los isótopos (1922) y Espectros de masa e isótopos (1933).

Al permitir determinar las masas de las partículas que forman parte de una muestra, con el objeto de identificarlas, la espectrometría de masas ha tenido y tiene aplicaciones innumerables. Actualmente, por ejemplo, se emplea para identificar los vestigios de sustancias hallados en lugares donde se ha cometido un delito, cuando las cantidades encontradas son demasiado pequeñas para ser identificadas de otra manera.