Nur eine der fünf Hypothesen der Dalton’schen Atomtheorie aus dem Jahr 1803 war, wie wir heute wissen, falsch. Sie sagte aus:

“Die Atome ein und desselben Elements sind untereinander gleichartig und gleich im Gewicht”.

Zur Widerlegung der letzteren, der physikalischen der beiden Aussagen, wurde vor ungefähr hundert Jahren die Massenspektrometrie erfunden, und auf der Nichtgültigkeit der ersteren, der chemischen Aussage beruhen fast alle typischen Anwendungen der modernen Isotopen- Massenspektrometrie.

Dabei ist sicher interessant, dass, wie F. W. Aston, der Entdecker des ²¹Ne-Isotops und erster Nobelpreisträger der Massenspektrometrie, schreibt, diese grundlegende Begründung der Isotopie sich, zum einen, nicht ”a priori von selbst dem gesunden Menschenverstand empfiehlt”, und dass, zum anderen,

“die Trennung der Atome, die sich um soviel wie 10% im Gewicht unterscheiden, wirklich ein außerordentlich schwieriges Unternehmen ist” (zumindest damals!).

Möglicherweise versteht man vor diesem historischen Hintergrund, dass eine der größten Herstellerfirmen der Massenspektrometrie die Isotopen-Massenspektrometrie unter der Rubrik “Advanced Mass Spectrometry” führt.

Das erste ”richtige” Massenspektrometer wurde 1912 in England von J. J. Thomson gebaut (und 1913 beschrieben). Das Gerät, das der Untersuchung der berühmten “Kanalstrahlen” diente, besteht, schon fast wie ein modernes Isotopen-Massenspektrometer, aus den drei grundlegenden Komponenten

• Proben(Gas-)einlasssystem
• Ionentrennsystem und
• Ionennachweissystem

A. J. Dempster hat dann 1918 (in Chicago) ebenfalls ein Gerät zur Kanalstrahlen-Analyse gebaut, das einem modernen Massenspektrometer schon ziemlich ähnlich sieht (er hat übrigens Jahre später das ²³⁵U entdeckt).

Bedingt durch eine erzwungene Unterbrechung im Ersten Weltkrieg konnten die Arbeiten zum Beweis der Isotopenhypothese in England erst wieder im Jahr 1918 aufgenommen werden. Das aber richtig! Denn es entstand unter der Federführung von F. W. Aston der erste moderne, abbildende Massenspektrograph, wobei R. H. Fowler auch gleich eine vollständige ionenoptische Theorie dazu geliefert hat.

Um es kurz (und grob) und unter Vernachlässigung von Bainbridge-Jordan, Mattauch-Herzog u.v.m. zu sagen: Es hat sich dann bei der ”Hardware” der Isotopen-Massenspektrometrie, abgesehen natürlich von den vielen Ingenieurs-Leistungen der folgenden Jahrzehnte, nichts prinzipiell Neues mehr getan, wobei A. O. Nier in den Jahren 1942/47 ( u.a. beflügelt von den Ergebnissen des Manhattan-Projekts zum Bau der ersten Atombombe) sein berühmtes Massenspektrometer vorgestellt hat: Den Urvater aller modernen Geräte.
Erst in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts gab es dann noch einmal mit den verschiedenen neuartigen (online-)Probeneinlaß-Verfahren einen großen Sprung. Und natürlich ist heute auch, wie überall, die Isotopenmassenspektrometrie ohne Computer nicht mehr denkbar.

Im Übrigen gab es in den 50er-Jahren des letzten Jahrhunderts eine weitere, die Isotopen-Massenspektrometrie allerdings nicht betreffende "Revolution": W. Paul ( Nobelpreis 1989 für die 'Ionenfalle' ) hat das Quadrupol-Massenspektrometer erfunden, ein Ionentrenn-Prinzip, das damals nur unter Ausnutzung der großen Fortschritte der Hochfrequenztechnik im 2. Weltkrieg realisiert werden konnte.
Quadrupol-Massenspektrometer sind heutzutage zahlenmäßig die bei weitem am häufigsten eingesetzten Geräte der allgemeinen massenspektrometrischen Analytik. Sie sind aber aus prinzipiellen Gründen (Mehrfach-Auffänger nicht möglich) für die Präzisions-Isotopenmassenspektrometrie nicht brauchbar.

Dr. Karleugen Habfast