핵자기공명(NMR)은 자기장과 전파를 이용하여 분자의 구조를 분석하는 기술입니다. 화학 분야에서 가장 강력한 분석 기법 중 하나로, 1940년대에 개발되어 1952년 노벨 물리학상, 1991년과 2002년 노벨 화학상을 수상했습니다. 인체 영상 촬영 기술인 MRI의 기본 원리이기도 합니다.

이 기술은 수소-1이나 탄소-13과 같은 특정 원자핵이 자기 스핀을 가지고 있다는 사실에 기반합니다. 강한 자기장에서는 원자핵의 스핀이 자기장 방향과 일치하거나 반대 방향으로 정렬됩니다. 적절한 주파수의 전파를 가하면 이 스핀들이 반전됩니다. 이때 필요한 주파수는 원자핵 주변의 화학적 환경에 따라 달라집니다. 전자는 원자핵을 자기장으로부터 차폐하는데, 이 차폐 효과는 주변 원자들의 영향에 따라 달라집니다. 결과적으로 다양한 주파수에서 피크가 나타나는 스펙트럼이 생성되고, 이를 통해 분자의 구조를 파악할 수 있습니다.

NMR은 원자 간 연결, 분자의 입체화학적 구조, 분자 운동의 역학을 규명할 수 있습니다. 또한 용액 상태의 단백질을 연구하고, 화학 반응을 실시간으로 관찰하며, 분리 과정 없이 혼합물을 분석할 수 있습니다. NMR은 시료를 파괴하지 않는 비파괴적인 분석 방법이며, 소량의 시료만으로도 분석이 가능합니다.

이러한 장비들은 고가이며 특수 설비를 필요로 합니다. 고자기장 NMR 분광기는 수백만 달러에 달할 수 있으며 액체 헬륨으로 냉각되는 초전도 자석이 필요합니다. 하지만 구조 결정에 있어서는 이보다 더 나은 장비는 없습니다.