弗朗西斯·阿斯顿（1922年诺贝尔化学奖得主）
| 出生 | 1877年9月1日 英国英格兰哈伯恩 |
| 逝世 | 1945年11月20日（68岁） 英国英格兰剑桥 |
| 国籍 | 英国 |
| 身份 | 化学家、物理学家 |
| 获奖年份 | 1922年 |
| 奖项类别 | 诺贝尔化学奖 |
| 获奖理由 | "因使用质谱仪发现大量同位素以及阐述整数法则" |
弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston，1877年9月1日—1945年11月20日），英国化学家和物理学家，1922年诺贝尔化学奖得主。他被誉为现代质谱学之父，其开创性工作彻底改变了人们对原子核结构和同位素的认识。
生平
阿斯顿出生于英格兰伯明翰附近的哈伯恩，父亲威廉·阿斯顿是一名金属商人，母亲范妮·伊莎贝拉·霍利斯是一名农夫的女儿。他在哈伯恩的学校接受初等教育，后进入莫尔文学院学习。1893年，他进入伯明翰大学（时称梅森学院），在著名化学家威廉·蒂尔登和物理学家约翰·亨利·波因廷的指导下学习。1898年毕业后，他留校研究有机化学，研究光在有机化合物中的旋光性，并于1900年获得奖学金赴瑞士日内瓦大学短期学习。
1903年，阿斯顿回到伯明翰大学，在物理系从事气体放电现象的研究。1909年，他应约瑟夫·约翰·汤姆孙之邀前往剑桥大学卡文迪什实验室工作，这成为他科学生涯的关键转折点。在卡文迪什，阿斯顿协助汤姆孙研究阳极射线（正离子束），并共同发明了抛物线质谱仪。
第一次世界大战期间，阿斯顿暂停研究工作，在英国皇家空军法恩伯勒航空工厂从事航空化学工作，研究飞机涂料和胶粘剂。1919年战后，他回到剑桥，全身心投入质谱仪的改进和同位素研究。
1945年，阿斯顿在剑桥逝世，享年68岁。
学术生涯
阿斯顿对科学最核心的贡献在于质谱仪的发明和完善。在卡文迪什实验室期间，他利用汤姆孙的抛物线方法研究氖气时，发现了两种不同质量的粒子——20Ne和22Ne，首次用实验证明了稳定同位素的存在。但当时的设备精度有限，无法准确测量质量差异。
1919年，阿斯顿设计并建造了第一台质谱仪（或称质谱计），这是一种利用电磁场将不同质荷比的离子分离并检测的精密仪器。他的质谱仪灵敏度比汤姆孙的设备高出十倍以上，能够精确测量原子的质量。利用这台仪器，阿斯顿在短短几年内发现了自然界中绝大多数元素的同位素——共发现了212种天然存在的同位素。
阿斯顿的另一个重大贡献是提出了整数法则（Whole Number Rule）：他发现所有原子的质量都近似为整数（以16O = 16为基准），这一精确观察引导人们对原子核结合能的理解，并为后来的核物理学奠定了基础。不过，阿斯顿也注意到微小偏差的存在，这些偏差后来被用于研究原子核的稳定性。
1921年，阿斯顿当选为英国皇家学会院士。他的著作《同位素》（Isotopes）于1922年出版，成为该领域的经典之作。1938年，他建造了第二台更精密的质谱仪，进一步提高了质量测量的准确度。
获奖成就
阿斯顿因"使用质谱仪发现大量同位素以及阐述整数法则"获得1922年诺贝尔化学奖。颁奖词指出，他的工作"不仅揭示了元素内部结构的奥秘，而且为化学和物理学提供了全新的研究工具"。他也是少数以化学奖表彰物理性质工作的获奖者之一。
此外，阿斯顿获得的荣誉包括：
- 英国皇家学会院士（1921年）
- 诺贝尔化学奖（1922年）
- 休斯奖章（1922年）
- 皇家学会贝克讲席（1927年）
- 约翰·斯科特奖章（1923年）
- 富兰克林奖章（1936年）
- 化学元素"砹"（Astatine，At）以他的姓氏变体命名
历史贡献
阿斯顿的贡献具有深远的跨学科意义。首先，他确立了一个基本事实：同一元素的不同同位素化学性质相同但质量不同，这澄清了此前关于元素原子量不一致的困惑，完美解释了为什么某些元素的原子量不是整数。
其次，质谱仪成为化学分析、环境监测、地质年代测定和医学诊断中不可或缺的工具。现代同位素质谱法广泛应用于碳-14测年、法医学鉴定、核工业和食品安全检测等领域。
第三，阿斯顿的整数法则和精确质量测量为核物理学提供了关键数据，直接推动了质能等价关系（E=mc²）在核反应中的理解，并为后来的核裂变和核聚变研究奠定了实验基础。
爱因斯坦在获悉阿斯顿的研究成果后感叹道："如果我知道核能是如此巨大的力量，我可能会对自己的方程保持沉默。"
轶事典故
阿斯顿是一名狂热的户外运动爱好者。他酷爱游泳、滑雪、登山和骑自行车。他在阿尔卑斯山的多次登顶记录令人瞩目。他还是一名出色的高尔夫球手，并曾参加剑桥大学的曲棍球队。
阿斯顿终身未婚，将全部精力投入科学研究。他的实验室以设备精巧著称，他的手工艺技能令人惊叹——他的质谱仪中有许多零件是他亲手加工制作的。卡文迪什实验室流传着他"用一台缝纫机和一把瑞士军刀造出了质谱仪"的夸张说法。
阿斯顿性格内向、谦逊，不喜社交，但对同事和学生非常友善。晚年的他依然保持对科学的好奇心，直到去世前仍在研究新的质谱技术。
参考文献
- Aston, F. W. (1922). Isotopes. London: Edward Arnold.
- Squires, G. (1998). "Francis Aston and the mass spectrograph". Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions.
- Nobel Foundation. "Francis W. Aston – Biographical". NobelPrize.org.
- 王竹溪. (1980). 《原子物理学》. 北京大学出版社.