同位体とは、陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子種です。アストンは高電圧でイオン化したガスを磁場と電場で曲げ、質量と電荷の比(m⁄e)の違いを写真乾板に弧として写し出す質量スペクトログラフを開発しました。これにより塩素が質量数35と37の二種類、ネオンが20と22の二種類に分かれることなどを実証しました。また"整数質量数則"を提案し、各同位体の質量数がほぼ整数であることを示しました。これらの成果は原子核構造の理解、放射性年代測定、安定同位体による環境解析など幅広い応用につながっています。

アストンの質量スペクトログラフはウィーンフィルターによる速度選別の後、90°磁場偏向を組み合わせ、円筒収差を打ち消して高分解能を達成しました。測定精度は10⁻³のオーダーに達し、天然存在比まで決定できました。整数質量数則はのちに質量欠損を説明する核結合エネルギーの概念へと発展し、ウィリアムズ・アイクらの精密測定で補正されました。それでもアストンの仕事は原子量の国際標準を更新し、化学量論計算の基盤を築きました。現代のタンデム質量分析や飛行時間型質量分析計(TOF-MS)も、イオンを電磁場で分離するというアストンの基本思想を受け継いでいます。

Aston employed differential pumping and hot-cathode ion sources to generate mono-energetic positive rays, subsequently analysing their parabolic trajectories in combined E and B fields. The photographic detection allowed simultaneous registration of multiple isotopes, yielding relative mass uncertainties below 1 × 10⁻³. His integral mass measurements supported the quantisation of nuclear charge, predating Chadwick’s neutron discovery, and offered empirical support for the packing fraction curve. The integer-mass rule, though later corrected for binding-energy-induced defects, provided an operational definition of the atomic mass unit anchored to 16O. Aston’s methodology anticipated double-focusing instruments (Dempster, Bainbridge) and underpins contemporary high-resolution multicollector ICP-MS used in isotope geochemistry and cosmochemistry. His dataset remains a reference for evaluating nucleosynthetic anomalies in presolar grains and meteoritic inclusions.