Francis William Aston, inventor del espectrómetro de masas y descubridor de los isótopos

1 de septiembre de 1877, Brimingham (Reino Unido) – 20 de noviembre de 1945, Londres

En 1903 obtuvo una beca para estudiar en la Universidad de Birmingham y seis años después comenzó a trabajar en el Laboratorio Cavendish en la Universidad de Cambridge, invitado por Joseph John Thomson (descubridor del electrón), realizando la identificación de los isótopos del neón y la investigación de las descargas eléctricas en tubos de baja presión.

Tras la Primera Guerra Mundial, en 1919, inventó el espectrómetro de masas. Un dispositivo experimental que permite separar las partículas cargadas en función de su masa. Además, estableció una regla, que lleva su nombre, que afirma que los elementos atómicos de número impar no pueden tener más de dos isótopos estables.

En sus primeras investigaciones con el espectrógrafo de masas, Aston descubrió que al hacer pasar por el instrumento una muestra de gas neón puro se formaban en el detector dos manchas separadas, lo cual significaba que el gas contenía átomos correspondientes a dos masas diferentes. Por lo que interpretó que su descubrimiento señalaba la existencia de dos tipos diferentes de átomos de neón y que 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. Como consecuencia, sus masas atómicas debían ser diferentes.

Con este descubrimiento, Aston proporcionó 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 y lo plasmó en dos publicaciones: “Los isótopos” (1922) y “Espectrómetros de masa e isótopos” (1933).

Continuó realizando experimentos y logró identificar 212 de los 287 isótopos de elementos no radiactivos que existen en la tabla periódica. Hecho que le llevó formar parte de la Royal Society en 1921 y a recibir el Premio Nobel de Química en 1922

Posteriormente fue profesor en el Trinity College de Cambridge y en 1935 fue elegido presidente del Comité Atómico Internacional.

Fundamento de la Espectrometría de masas

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 que 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.

En la actualidad tiene múltiples aplicaciones al permitir determinar las masas de las partículas que forman parte de una muestra con el objetivo identificarlas. Por ejemplo, se emplea para identificar vestigios de sustancias halladas en lugares donde se ha cometido un delito, cuando las cantidades encontradas son demasiado pequeñas para ser identificadas.