质谱仪精确测定同位素的质量

质谱仪是在J.J.汤姆生长期研究正射线的基础上创制出来的。所谓正射线，实际上就是正离子束。他用磁场使之偏转，再用电场沿垂直方向偏转，于是在照象底片上记录下抛物线轨迹。质量不同的正离子形成不同的抛物线，由此可以鉴别各种原子的质量，不过结果相当粗略。1910年，阿斯通(E.W.Aston，1877—1945)开始协助汤姆生改进正射线的设备，并于1912年投入使用，仪器的分辨率虽然不同，但质量数相差10％的抛物线已经可以分开。
     阿斯通在测试中，曾将氖气充入正射线仪内，电离后使之偏转，出乎意料，原子量为20.2的氖气竟出现了两条抛物线，一条粗的相当于20个原子质量单位，另一条相当于22个原子质量单位，非常暗淡。后来知道这是第一次获得的非放射性同位素的信息。可是当时汤姆生误判为可能是一种特殊分子，例如N₂H₂之类，它的分子量正好是22。
     当时还没有同位素的概念。但是，阿斯通希望通过事实作出结论，他找来最纯的氖做试验，结果仍然是两条抛物线，使他建立了氖有两种不同成分的信心。正当他用不同途径试图分离这两种成分之际，爆发了第一次世界大战。战后，他用电磁聚焦的方法继续这项工作，终于获得成功，并确证氖是由两种成分²⁰Ne和²²Ne组成的。阿斯通称他的仪器为质谱仪。用这套仪器他继续分离出了氯、汞、氮及其它几种稀有气体的同位素。
     与此同时，美国芝加哥大学的丹普斯特(A.J.Dempster)也独立设计出了质谱计。他精确地测定了许多金属，例如镁、锂、钾、钙及锌的同位素的丰度。以上举的几个例子说明，经过二、三十年的摸索，物理学家已经可以借助许多特制的仪器设备来探测原子核的各种性质和行为，这就极大地推动了核物理的前进步伐。