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维基百科:元素谱系的解码者——阿斯顿的质谱仪揭开自然的秘密

已有 1299 次阅读 2023-8-17 14:41 |系统分类:人物纪事

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    弗朗西斯·威廉·阿斯顿(英语:Francis William Aston187791—19451120日)FRS英国化学家物理学家,英国皇家学会院士,俄罗斯科学院荣誉院士。由于借助自己发明的质谱仪发现了大量非放射性元素同位素,以及阐明了整数法则,他被授予1922诺贝尔化学奖[1]

生平

弗朗西斯·阿斯顿187791日出生于英国伯明翰1894年,他在梅森学院(后并入伯明翰大学)开始大学生活,师从约翰·亨利·波因廷学习物理,师从弗兰克兰和威廉·蒂尔登学习化学1896年起,他还在父亲家中的私人实验室里进行有机化学研究。1898年,他获得福斯特奖学金赞助,成为弗兰克兰的学生,主要研究酒石酸化合物光学性质。1900年起,他在伯明翰的酿酒学校研究发酵学,并被巴特勒酿酒厂雇佣,直到1903年返回伯明翰大学担任波因廷的助理研究员。[2]

1909年,阿斯顿成为伯明翰大学讲师。一年后,受J·J·汤姆孙的邀请,转投剑桥大学卡文迪许实验室第一次世界大战爆发后,他的研究被迫中断,期间被征募为皇家空军服务。战争结束后,他重新回到卡文迪许实验室。[2]

1920年,阿斯顿成为剑桥大学三一学院院士,此后一直在剑桥居住。[3]1921年,阿斯顿当选皇家学会院士,次年获得诺贝尔化学奖以及皇家学会的休斯奖章。[2]

19451120日,阿斯顿在英国剑桥逝世。[2]

研究贡献

1903年,阿斯顿在伯明翰大学研究放电管中的克鲁克斯暗区,很快便发现了阿斯顿暗区现象[2][4][5][6]

阿斯顿加盟卡文迪许实验室时,汤姆孙已经在阴极射线的研究中取得重大成果,转而研究欧根·戈尔德施泰因发现的阳极射线。汤姆孙和阿斯顿使用威廉·维恩发明的方法,通过磁场使阳极射线的粒子发生偏转,并通过电场使具有不同电荷质量离子分隔开。这些实验的成果便是首个扇形磁场质谱计的诞生:使离子沿抛物线飞行,将其轨迹记录到底片上,从而测定其精确质量。

在卡文迪许实验室初期,阿斯顿已经通过实验证明了的两种同位素的存在。后来由于一战,他的研究中断了5年。1919年,他重回实验室,继续对氖的同位素进行研究。很快,他成功研制了第一台质谱仪,并相继制出性能更高的第二和第三部。借助这些具备电磁聚焦性能的质谱仪,他鉴别出至少212天然同位素[2]通过对大量同位素的研究,他阐述了整数法则,即:除了氢以外的所有元素,其原子质量都是氢原子质量的整数倍。并且,通过质谱分析,他解释了造成实际值与上述法则偏差的原因是同位素的存在。[3][7][8][9]

阿斯顿一生发生许多论文,1922年出版专著Isotopes(《同位素》),1933年重印时更名为Mass-spectra- and Isotopes(《质谱与同位素》)。[3]月球上有以其名字命名的阿斯顿环形山

个人生活

阿斯顿热爱运动,定期到瑞士挪威等地参加越野滑雪滑雪等冬季项目。年轻时,他花了相当多业余时间投入到自行车运动中。[3]他还参与游泳高尔夫(尤其是在剑桥与卢瑟福等同事一起[10])、网球等运动,并且在英格兰威尔士爱尔兰举行的一些公开赛中获奖。1909年,他到檀香山学习冲浪。出身于音乐世家的他,能够弹奏钢琴小提琴大提琴,时常在剑桥演出。[3]另外,他还热衷于在世界各地旅行。[11][12]

参考文献:

1. ^ The Nobel Prize in Chemistry 1922诺贝尔基金会[20081221]. (原始内容存档2013622日) (英语).

2. 跳转至:2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Biography诺贝尔基金会[20081221]. (原始内容存档2009114日) (英语).

3. 跳转至:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Cambridge Physicists - Francis William Aston剑桥大学物理系[20081221]. 原始内容存档于2007721日) (英语).

4. ^ (英文)F. W. Aston. Experiments on the Length of the Cathode Dark Space with Varying Current Densities and Pressures in Different Gases. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Apr 24, 1907, 79 (528): 80–95.

5. ^ (英文)F. W. Aston. Experiments on a New Cathode Dark Space in Helium and Hydrogen. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Dec 9, 1907, 80 (535): 45–49.

6. ^ (英文)F. W. Aston. The Distribution of Electric Force in the Crookes Dark Space. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Jan 26, 1911, 84 (573): 526–535.

7. ^ (英文)F. W. Aston. The constitution of atmospheric neon. Philosophical Magazine. 1920, 39 (6): 449–455.

8. ^ (英文)F. W. Aston. A new mass-spectrograph and the whole number rule. Proc Roy Soc London (Series A) (London: The Royal Society). 1927, 115: 487–514.

9. ^ (英文)Herbert Budzikiewicz and Ronald D. Grigsby. Mass spectrometry and isotopes: A century of research and discussion. Mass Spectrometry Reviews (New York: John Wiley & Sons). 30 Aug 2005, 25 (1): 146–157. ISSN 0277-7037OCLC 7626296doi:10.1002/mas.20061.[永久失效链接]

10. ^ (英文)Kevin M. Downard. Cavendish's crocodile and dark horse: The lives of Rutherford and Aston in parallel. Mass Spectrometry Reviews (New York: John Wiley & Sons). 1 Jun 2007, 26 (5): 713–723. ISSN 0277-7037OCLC 7626296doi:10.1002/mas.20145.[永久失效链接]

11. ^ (英文)G. Hevesy. Francis William Aston. 1877-1945. Obituary Notices of Fellows of the Royal Society (The Royal Society). May 1948, 5 (16): 634–650.

12. ^ (英文)Kevin M. Downard. Historical Account: Francis William Aston: the man behind the mass spectrograph. European Journal of Mass Spectrometry (IM Publications). 2007, 13 (3): 177–190. ISSN 1356-1049doi:10.1255/ejms.878. 原始内容存档于20081029日).

 

 

 

 

 




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1 杨正瓴

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