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

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

Francis Aston_CientificosEn 1903 obtuvo una beca para estudiar en la Universidad de Birmingham y seis años después fue colaborador en el Laboratorio Cavendish en la Universidad de Cambridge, invitado por Joseph John Thomson, donde trabajó en la identificación de los isótopos del neón e investigó las descargas eléctricas en tubos de baja presión.

Tras la Primera Guerra Mundial, en 1919, inventó el espectrógrafo de masas que le permitió descubrir 212 de los 287 isótopos de isótopos de elementos no radiactivos y por lo que recibiría el Premio Nobel de Química en 1922. El espectrógrafo de masas es 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 tanto, 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 sus investigaciones, 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).

Posteriormente fue profesor en el Trinity College de Cambridge y, en 1921, ingresó en la Royal Society. En 1935 fue elegido presidente del Comité Atómico Internacional.

Tras la Primera Guerra Mundial inventó un espectrómetro de masas que le permitió descubrir, a causa de las diferencias de masa, un cierto número de isótopos en elementos no radiactivos, que le permitieron identificar 212 de los 287 isótopos naturales. Este fue el motivo por el que fue galardonado con el Premio Nobel.

Francis Alton falleció el 20 de noviembre de 1945 en Londres.

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.Espectrómetro de masas (Real)

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.