核磁気共鳴分光法

核磁気共鳴分光法は、 NMR分光法または磁気共鳴分光法（MRS）として最も一般的に知られており、外部磁場中の非ゼロ核スピンを持つ原子核の再配向に基づく分光技術です。この再配向は、約4〜900MHzの無線周波数領域の電磁放射の吸収によって発生し、これは原子核の同位体特性に依存し、外部磁場の強度に比例して増加します。^[1]特に、各NMR活性原子核の共鳴周波数はその化学的環境に依存します。その結果、NMRスペクトルは、サンプル内に存在する個々の官能基に関する情報だけでなく、同じ分子内の近くの原子核間の接続に関する情報も提供します。NMRスペクトルは個々の化合物や官能基に固有または高度に特徴的であるため、NMR分光法は、特に有機化合物の分子構造を特定するための最も重要な方法の1つです。

NMR の原理には通常、次の 3 つの連続したステップが含まれます。

1. 印加された一定磁場B ₀における磁気核スピンの配列（分極） 。
2. 弱い振動磁場（通常は無線周波数（RF）パルスと呼ばれる）によって核スピンの配列が乱されます。
3. この摂動の結果としてサンプルの核から放出される電磁波を検出し、分析します。

同様に、生化学者は NMR を使用してタンパク質やその他の複雑な分子を識別します。識別に加えて、NMR 分光法は分子の構造、ダイナミクス、反応状態、化学環境に関する詳細な情報を提供します。最も一般的な NMR の種類は陽子 NMR分光法と炭素 13 NMR分光法ですが、スピンを持つ核を含むあらゆる種類のサンプルに適用できます。

NMR スペクトルは、小さな分子に対しては独特で、解像度が高く、分析的に扱いやすく、多くの場合、高度に予測可能です。異なる官能基は明らかに区別可能であり、隣接する置換基が異なる同一の官能基でも、区別可能な信号が発せられます。NMR は、色試薬や一般的なクロマトグラフィーなどの従来の湿式化学試験に取って代わり、同定に広く利用されています。

NMR 分光法の最大の欠点は、感度が低いことです (質量分析法などの他の分析方法と比較して)。通常、適切な品質の NMR スペクトルを記録するには、2 ～ 50 mg の物質が必要です。NMR 法は非破壊的であるため、物質を回収できます。高解像度の NMR スペクトルを取得するには、通常、固体物質を溶解して液体溶液を作りますが、固体 NMR分光法も可能です。

NMR の時間スケールは比較的長いため、高速現象の観察には適しておらず、平均スペクトルしか生成されません。大量の不純物が NMR スペクトルに現れても、NMR は本質的にそれほど感度が高くないため、不純物を検出するためのより優れた方法が存在します。ただし、高周波数では感度が高くなります。

相関分光法は、通常の NMR の発展形です。2次元 NMRでは、放出は単一の周波数に集中し、相関共鳴が観察されます。これにより、観察された官能基の隣接する置換基を特定し、共鳴を明確に特定できます。さらに複雑な 3D および 4D 法や、特定の種類の共鳴を抑制または増幅するように設計されたさまざまな方法もあります。核オーバーハウザー効果(NOE) 分光法では、共鳴の緩和が観察されます。NOE は核の近さに依存するため、各核の NOE を定量化することで、分子の 3 次元モデルを構築できます。

NMR分光計は比較的高価で、大学には通常ありますが、民間企業ではあまり一般的ではありません。2000年から2015年の間、NMR分光計の価格はおよそ50万～500万 ドルでした。^{[3] [4]}現代のNMR分光計は、解像度が磁場の強さに直接依存するため、非常に強力で大きく高価な液体ヘリウム冷却超伝導磁石を備えています。磁場が強いとNMR分光法の感度も向上しますが、これは2つの核準位間の人口差に依存し、磁場の強さとともに指数関数的に増加します。

永久磁石を使用し、解像度が低い安価な機械も利用可能であり、反応の監視やサンプルの迅速なチェックなどの特定の用途には十分な性能を発揮します。ベンチトップ核磁気共鳴分光計もあります。陽子（^{1H核）のNMRスペクトルは}、地球の磁場中でも観測できます。低解像度のNMRでは、ピークが広くなり、簡単に重なり合うため、複雑な構造を解像する際に問題が生じます。より強力な磁場を使用すると、ピークの感度と解像度が向上するため、研究目的に適しています。^[5]

NMRの発見の功績は、1944年にノーベル物理学賞を受賞したイシドール・アイザック・ラビに帰せられます。 ^[6]ハーバード大学のパーセルグループとスタンフォード大学のブロックグループは、1940年代後半から1950年代初頭にかけて独立してNMR分光法を開発しました。エドワード・ミルズ・パーセルとフェリックス・ブロックは、この発明により1952年のノーベル物理学賞を共同受賞しました。 ^[7]

原子核におけるNMR活性の主な決定要因は、核スピン量子数（I）である。この固有の量子特性は、原子の「スピン」に似ており、核の角運動量を特徴付ける。NMR活性であるためには、核は非ゼロの核スピン（I ≠ 0）を持たなければならない。^[8]この非ゼロのスピンにより、核は外部磁場と相互作用し、NMRで信号を示すことができる。陽子と中性子の合計が奇数である原子は、核スピン量子数が半整数値を示す（I = 1/2、3/2、5/2など）。これらの原子は非ゼロの核スピンを持っているため、NMR活性である。陽子と中性子の数が両方とも奇数で合計が偶数である原子は、整数の核スピンを示す（I = 1、2、3など）。逆に、陽子と中性子の数が両方とも偶数である原子は、核スピン量子数がゼロ（I = 0）であるため、NMR活性ではない。^[9] NMR活性核、特にスピン量子数が1/2の核は、NMR分光法で非常に重要である。例としては、¹ H、¹³ C、¹⁵ N、³¹ Pなどがある^{。[10]非常に高いスピンを持つ原子（ 99} Tc原子の場合は9/2 ）も、NMR分光法で広く研究されている。^[11]

磁場内に置かれると、NMR活性核（^1Hや^13Cなど）は同位体の周波数特性で電磁放射を吸収します。^[12]共鳴周波数、吸収される放射のエネルギー、および信号の強度は磁場の強さに比例します。たとえば、21テスラの磁場では、水素核（陽子）は900MHzで共鳴します。水素は最も一般的に検出される核であるため、21Tの磁石を900MHzの磁石と呼ぶのが一般的です 。ただし、異なる核は、核磁気モーメントに比例して、この磁場の強さで異なる周波数で共鳴します。^[要出典]

NMR分光計は、通常、非常に強力な磁石内の回転サンプルホルダー、無線周波数エミッター、磁石内に入りサンプルを囲むプローブ（アンテナアセンブリ）付きの受信機、オプションで拡散測定用の勾配コイル、およびシステムを制御する電子機器で構成されています。サンプルを回転させることは通常、拡散運動を平均化するために必要ですが、溶液の動きが重要な変数である場合、一部の実験では静止したサンプルが必要です。たとえば、拡散定数の測定（拡散順序分光法またはDOSY）^{[13] [14]は}、回転オフした静止サンプルを使用して行われ、フローセルはプロセスフローのオンライン分析に使用できます。

溶液中の分子の大部分は溶媒分子であり、通常の溶媒のほとんどは炭化水素であるため、NMR活性水素-1核を含む。溶媒の水素原子からの信号が実験を圧倒し、溶解した分析物の分析に干渉するのを避けるために、プロトンの99％以上が重水素（水素-2）に置き換えられた重水素化溶媒が使用される。 ^[15]最も広く使用されている重水素化溶媒は重クロロホルム（CDCl ₃）であるが、サンプルの溶解性、水素結合の制御の必要性、融点または沸点など、さまざまな理由で他の溶媒が使用されることもある。分子の化学シフトは溶媒間でわずかに変化するため、使用される溶媒はほとんどの場合、化学シフトとともに報告される。^[要出典]プロトンNMRスペクトルは、通常化学シフトがゼロであると定義されるテトラメチルシラン（TMS）を追加する代わりに、既知の溶媒残留プロトンピーク^[16]を内部標準として較正されることが多い。 ^[17]

核磁気共鳴による非常に小さな周波数シフトを検出するには、適用される磁場がサンプルの体積全体にわたって極めて均一でなければなりません。高解像度の NMR 分光計は、シムを使用して、数立方センチメートルの体積で磁場の均一性をppbに調整します。磁場の不均一性とドリフトを検出して補正するために、分光計は別のロック ユニットを使用して溶媒の重水素周波数を「ロック」します。このロック ユニットは、本質的には、対象サンプルの核ではなくロック核 (重水素) に調整された追加の送信機と RF プロセッサです。^[18]最新の NMR 分光計では、シムは自動的に調整されますが、場合によっては、オペレーターがシム パラメーターを手動で最適化して、可能な限り最高の解像度を得る必要があります。^{[18] [19]}

サンプルを無線周波数 (60～1000 MHz) パルスで励起すると、核磁気共鳴応答 (自由誘導減衰(FID)) が得られます。これは非常に弱い信号であり、受信するには感度の高い無線受信機が必要です。フーリエ変換を実行して、生の時間領域 FID から周波数領域スペクトルを抽出します。単一の FID からのスペクトルは信号対雑音比が低いですが、繰り返し取得の平均化によって容易に改善されます。16 回の繰り返しで良好な^{1 H NMR スペクトルを取得できますが、これには数分しかかかりません。ただし、水素よりも重い元素の場合、緩和時間はかなり長くなります (たとえば、 13} Cの場合は約 8 秒)。したがって、定量的な重元素スペクトルの取得には時間がかかり、数十分から数時間かかります。^[要出典]

パルスに続いて、原子核は平均して分光計の磁場に対してある角度に励起されます。励起の程度はパルス幅で制御でき、最適な 90° パルスでは通常約 3～8 μs です。パルス幅は、(符号付き) 強度をパルス幅の関数としてプロットすることで決定できます。これは正弦曲線を描き、それに応じて 180° および 360° パルスに対応するパルス幅で符号が変わります。^[要出典]

励起の減衰時間は通常秒単位で測定され、緩和の有効性に依存します。緩和の有効性は、軽い核や固体では速く、重い核や溶液では遅く、気体では非常に長くなることがあります。緩和が完了する前に2番目の励起パルスが時期尚早に送信された場合、平均磁化ベクトルは基底状態に減衰せず、信号強度に予測できない影響を与えます。実際には、ピーク領域は化学量論に比例しません。つまり、官能基の存在は識別できますが、量は識別できません。反転回復実験を行うと、緩和時間と、パルス間の必要な遅延を決定できます。180°パルス、調整可能な遅延、および90°パルスが送信されます。90°パルスが信号を正確にキャンセルする場合、遅延は90°の緩和に必要な時間に対応します。^{[20]反転回復は、定量的な13C}、^2D 、およびその他の時間のかかる実験に価値があります。

NMR 信号は通常、化学シフト、スピン間結合、緩和時間という 3 つの変数によって特徴付けられます。

核スピン状態間のエネルギー差 Δ E は磁場に比例します (ゼーマン効果)。 Δ Eは核の電子環境にも敏感で、化学シフト δ と呼ばれるものを引き起こします。 最も単純なタイプの NMR グラフは、分子内で研究されている核のさまざまな化学シフトをプロットしたものです。 δ の値は、多くの場合「遮蔽」という用語で表現されます。遮蔽された核は Δ Eが高くなります。 δ 値の範囲は分散と呼ばれます。^{1 H 信号の場合はかなり小さいですが、他の核の場合ははるかに大きくなります。 NMR 信号は、通常は TMS (}テトラメチルシラン)の参照信号に対して報告されます。 さらに、NMR 信号の分布は磁場に依存するため、これらの周波数は分光計周波数で除算されます。 ただし、Hz を MHz で除算するため、結果として得られる数値は小さすぎるため、100 万倍されます。 したがって、この操作により、ppm 単位の「化学シフト」と呼ばれるロケーター番号が得られます。^[21]化学シフトは構造情報を提供する。

化学シフト（および J、下記参照）の変換はスペクトルの割り当てと呼ばれます。反磁性有機化合物の場合、 ¹ H および¹³ C NMR スペクトルの割り当ては、大規模なデータベースと簡単な計算ツールのおかげで非常に洗練されています。一般に、陽子の化学シフトは、シフトが主に遮蔽効果（電子密度）によって決定されるため、非常に予測可能です。多くのより重い核の化学シフトは、励起状態（遮蔽テンソルへの「常磁性」寄与）を含む他の要因によってより強く影響されます。この常磁性寄与は常磁性とは無関係です）は、化学シフトの傾向を乱して割り当てを複雑にするだけでなく、非常に大きな化学シフト範囲も生じます。たとえば、ほとんどの有機化合物の¹ H NMR 信号のほとんどは 15 ppm 以内です。31 P NMR の場合、範囲は数百 ppm です。 [ ^{22 ]}

常磁性NMR分光法では、サンプルは常磁性、つまり不対電子を含んでいます。常磁性は非常に多様な化学シフトを引き起こします。1H NMR分光法では^、化学シフトの範囲は数千ppmに及ぶことがあります。^[23]

1 次元 NMR スペクトルにおける構造決定に最も役立つ情報の一部は、NMR 活性核間の J カップリング、またはスカラー カップリング (スピン-スピン カップリングの特殊なケース) から得られます。このカップリングは、分子の化学結合を介した異なるスピン状態の相互作用から生じ、NMR 信号の分割をもたらします。陽子の場合、隣接する核が分光計の磁場に向かっているか、反対を向いているかによって局所磁場がわずかに異なり、陽子ごとに 1 つではなく 2 つの信号が発生します。これらの分割パターンは複雑または単純な場合があり、同様に、簡単に解釈できる場合もあれば、誤解を招く場合もあります。このカップリングにより、分子内の原子の接続性に関する詳細な洞察が得られます。^{[引用が必要]}

分裂の多重度は、結合している核のスピンと、結合に関与している核の数によって決まります。n 個の等価なスピン 1/2 核に結合すると、信号は、表で説明されているようにパスカルの三角形 に従う強度比を持つn + 1 多重線に分割されます。追加のスピンに結合すると、多重線の各成分がさらに分裂します。たとえば、結合定数が大きく異なる 2 つの異なるスピン 1/2 核に結合すると、二重線の二重線(略語: dd) になります。化学的に等価な (つまり、同じ化学シフトを持つ) 核間の結合は NMR スペクトルに影響を与えず、離れた核間の結合 (通常、柔軟な分子の陽子では 3 結合以上離れている) は通常、観察可能な分裂を引き起こすには小さすぎることに注意してください。 環状化合物や芳香族化合物では、3つ以上の結合にわたる長距離結合がしばしば観察され、より複雑な分裂パターンにつながります。^[要出典]

たとえば、エタノールのプロトンスペクトルでは、CH ₃基は2 つの隣接する CH ₂プロトンによって 1:2:1 の強度比で三重線に分割されます。同様に、CH _{2は 3 つの隣接する CH 3}プロトンによって 1:3:3:1 の強度比で四重線に分割されます。原理的には、2 つの CH _{2プロトンもヒドロキシルプロトンによって}二重線に分割され、四重線二重線を形成しますが、酸性ヒドロキシルプロトンの分子間交換によって結合情報が失われることがよくあります。

リン 31 やフッ素 19 などのスピン 1/2 の核との結合は、この方法で機能します (結合定数の大きさは大きく異なる場合がありますが)。ただし、スピン量子数が2 つ以上の値を持つため、スピンが 1/2 より大きい核の場合、分割パターンは上記のものと異なります。たとえば、重水素 (スピン 1 の核) との結合では、スピン 1 には 3 つのスピン状態があるため、信号は1:1:1 の3 重項に分割されます。同様に、 ³⁵ Clなどのスピン 3/2 の核では、信号は1:1:1:1 の 4 重項に分割されます。

カップリングと化学シフト (および陽子の積分) を組み合わせると、核の化学環境だけでなく、分子内の隣接するNMR 活性核の数もわかります。同様の化学シフトに複数のピークがあるより複雑なスペクトルや、水素以外の核のスペクトルでは、カップリングが異なる核を区別する唯一の方法となることがよくあります。

結合の大きさ（結合定数J）は、原子核同士がどれだけ強く結合しているかによって決まります。単純なケースでは、これは原子核間の結合距離、原子核の磁気モーメント、および原子核間の二面角によって決まります。

上記の説明では、非等価スピン間の NMR 周波数の差に比べて結合定数が小さいことを前提としています。シフト間隔が狭くなると (または結合強度が増すと)、多重線強度パターンが最初に歪んでから、さらに複雑になり、解析が困難になります (特に 3 つ以上のスピンが関係する場合)。多重線内の一部のピークの増強は、残りのピークを犠牲にして達成されます。残りのピークは、ピークの下の積分面積は一定のままですが、バックグラウンド ノイズでほとんど消えてしまうことがあります。ただし、ほとんどの高磁場 NMR では、歪みは通常は中程度であり、特徴的な歪み (屋根) は、実際に関連ピークを識別するのに役立ちます。

これらのパターンのいくつかは、ジョン・ポープル^[24]が発表した方法で分析することができますが、その範囲は限られています。

多重項間の周波数差が大きくなるにつれて二次効果は減少するため、高磁場 (つまり高周波) NMR スペクトルは低周波スペクトルよりも歪みが少なくなります。60 MHz の初期のスペクトルは、通常 200 MHz 以上の周波数で動作する後期の機器のスペクトルよりも歪みが生じやすい傾向がありました。

さらに、右の図のように、J カップリングは環のオルト-メタ-パラ置換を識別するために使用できます。オルト カップリングは 15 Hz で最も強く、メタ カップリングは平均 2 Hz で続き、最後にパラ カップリングは通常、研究には重要ではありません。

化学的に等価なスピン (つまり、対称性によって関連し、同じ NMR 周波数を持つ核) が外部スピンと異なる結合関係を持つ場合、より微妙な効果が発生する可能性があります。化学的に等価であるが、(結合関係に基づいて) 区別できないわけではないスピンは、磁気的に等価でないと呼ばれます。たとえば、1,2-ジクロロベンゼンの 4 つの H サイトは対称性によって 2 つの化学的に等価なペアに分かれますが、一方のペアの個々のメンバーは、もう一方のペアを構成するスピンと異なる結合を持ちます。

磁気不等性により、非常に複雑なスペクトルが生じる可能性があり、これは計算モデルによってのみ解析できます。このような効果は、芳香族やその他の柔軟性のないシステムの NMR スペクトルでより一般的ですが、柔軟性のある分子の C−C 結合に関する配座の平均化により、隣接する炭素上のプロトン間の結合が均等化される傾向があり、磁気不等性の問題が軽減されます。

相関分光法は、2次元核磁気共鳴 (NMR) 分光法または2D-NMRのいくつかの種類のうちの 1 つです。このタイプの NMR 実験は、その頭字語であるCOSYで最もよく知られています。その他のタイプの 2 次元 NMR には、J 分光法、交換分光法 (EXSY)、核オーバーハウザー効果分光法 (NOESY)、全相関分光法 (TOCSY)、およびHSQC、HMQC、HMBCなどの異核相関実験があります。相関分光法では、放出は個々の核のピークに集中します。その磁場が結合を介した結合 (COSY、HSQC など) または空間を介した結合 (NOE) によって別の核と相関している場合は、相関核の周波数で応答も検出できます。 2次元NMRスペクトルは、1次元NMRスペクトルよりも分子について多くの情報を提供し、特に1次元NMRでは扱うには複雑すぎる分子の構造を決定するのに特に役立ちます。最初の2次元実験であるCOSYは、1971年にブリュッセル自由大学の教授であるJean Jeenerによって提案されました。^{[25] [26]この実験は後にWalter P. Aue、Enrico Bartholdi、} Richard R. Ernst によって実装され、1976年に論文が発表されました。^[27]

さまざまな物理的状況により、分子を溶液状態で研究することは不可能であり、同時に他の分光技術によっても原子レベルまで研究することはできません。結晶、微結晶粉末、ゲル、異方性溶液などの固相媒体では、特に双極子結合と化学シフト異方性が核スピンシステムの挙動に支配的になります。従来の溶液状態 NMR 分光法では、これらの追加の相互作用により、スペクトル線が大幅に広がります。さまざまな技術により、少なくとも¹³ C スペクトルについては、溶液状態 NMR スペクトルに匹敵する高解像度条件を確立できます。

高解像度固体 NMR 分光法の 2 つの重要な概念は、サンプルの配向による分子配向の制限と、サンプルの回転による異方性核磁気相互作用の低減です。後者のアプローチでは、システムがスピン 1/2 核で構成されている場合、マジック アングルの周りの高速回転が非常によく使用されます。約 20 kHz の回転速度が使用され^、特別な装置が必要です。現在、NMR 分光法では、部分的に配向されたサンプルや移動度が低下したサンプルを使用した中間的な手法がいくつか使用されています^。[引用^が必要]

固体NMR効果が発生する用途は、膜タンパク質、タンパク質原繊維、またはあらゆる種類のポリマーの構造調査、無機化学における化学分析に関連することが多いが、植物の葉や燃料電池などの「エキゾチック」な用途も含まれる。たとえば、Rahmaniらは、重水素NMR分光法を使用して、圧力と温度がバイセル構造の自己組織化に与える影響を研究した。^[29]固体NMRは、X線アモルファス金属サンプル（ナノサイズの耐火金属99Tcなど）の場合の金属構造の理解にも役立つ^。 [ ^30]

NMR 分光法における革新の多くは、構造生物学の重要な技術であるタンパク質 NMR分光法の分野におけるものです。これらの調査の共通の目標は、 X 線結晶構造解析で達成できるものと同様の、タンパク質の高解像度の 3 次元構造を取得することです。X 線結晶構造解析とは対照的に、NMR 分光法は通常 35 kDa未満のタンパク質に限定されますが、より大きな構造も解明されています。NMR 分光法は、部分的または完全に本質的に構造化されていないタンパク質に関する高解像度の情報を取得する唯一の方法であることがよくあります。これは現在、コンフォメーション活性関係を決定するための一般的なツールであり、ここでは、たとえば薬物候補との相互作用前後の構造を、その既知の生化学的活性と比較します。タンパク質は、この記事で前述した小さな有機分子よりも桁違いに大きいですが、基本的な NMR 技術と一部の NMR 理論も適用できます。小さな有機化合物と比較して、タンパク質分子中に存在する原子の数がはるかに多いため、基本的な 1D スペクトルは、直接スペクトル分析が不可能になるほど重なり合った信号で混雑します。したがって、この問題に対処するために、多次元 (2、3、または 4D) 実験が考案されました。これらの実験を容易にするために、タンパク質を¹³ C および¹⁵ Nで同位体標識することが望ましいです。これは、天然に存在する主な同位体^{12 C が NMR 活性ではなく、天然に存在する主な同位体14} Nの核四重極モーメントにより、この窒素同位体から高解像度の情報が得られないためです。タンパク質の構造決定に使用される最も重要な方法は、NOE 実験を使用して分子内の原子間の距離を測定することです。次に、得られた距離を使用して、距離幾何学の問題を解決することにより、分子の 3D 構造を生成します。NMR は、タンパク質のさまざまな領域のダイナミクスと構造の柔軟性に関する情報を取得するためにも使用できます。

核酸NMRは、NMR分光法を用いてDNAやRNAなどのポリ核酸の構造と動態に関する情報を得る方法です。2003年現在、既知のRNA構造のほぼ半分がNMR分光法によって決定されています。^{[31][アップデート]}

核酸とタンパク質のNMR分光法は似ているが、違いもある。核酸は、NMR分光法で通常観察される原子である水素原子の割合が少なく、核酸の二重らせんは硬く、ほぼ直線状であるため、それ自体に折り返されず、「長距離」相関関係を生じない。^[32] 核酸で通常行われるNMRの種類は、1HまたはプロトンNMR、13C NMR、15N NMR、および31P NMRである^。2次元NMR^法は、^ほとんどの場合^、相関分光法（COSY）や全コヒーレンス移動分光法（TOCSY）などの2次元NMR法を使用して、結合を介した核結合を検出し、核オーバーハウザー効果分光法（NOESY）を使用して、空間的に互いに近接する核間の結合を検出する。^[33]

スペクトルから得られるパラメータ、主にNOESYクロスピークと結合定数は、グリコシド結合角、二面角（Karplus方程式を使用）、糖パッカー立体配座などの局所的な構造的特徴を決定するために使用できる。大規模構造の場合、これらの局所パラメータを他の構造仮定またはモデルで補完する必要がある。これは、二重らせんを横切るにつれて誤差が加算され、タンパク質とは異なり、二重らせんはコンパクトな内部を持たず、それ自体に折り返されないためである。NMRは、曲がったらせん、非ワトソン-クリック型塩基対形成、同軸スタッキングなどの非標準的な形状の調査にも有用である。NMRは、ステムループや擬似結び目などの複雑な立体配座をとる傾向がある天然RNAオリゴヌクレオチドの構造を調べるのに特に有用である。NMRは、他の分子（タンパク質や薬物など）への核酸分子の結合を調べるのにも有用であり、他の分子が結合するとどの共鳴がシフトするかを見ることによって調べる。^[33]

炭水化物 NMR分光法は、炭水化物の構造と立体配座に関する疑問に取り組みます。1H NMR による炭水化物の分析は、官能基のバリエーションが限られているため困難であり、その結果、1H 共鳴が NMR スペクトルの狭い帯域に集中します。言い換えると、スペクトル分散が不十分です。アノマー炭素は 2 つの酸素原子を持っているため、アノマー陽子共鳴は他の共鳴から分離されます。より小さな炭水化物の場合、アノマー陽子共鳴の分散により、1D TOCSY 実験を使用して個々の炭水化物残基のスピン システム全体を調査することが容易になります。

溶液中の小分子のエネルギー最小値と回転エネルギー障壁に関する知識は、NMRを使用することで得ることができます。例えば、それぞれ自由リガンドの配座の好みと配座のダイナミクスを調べることで知ることができます。実験値と計算値は比較可能であるため、これは薬剤設計の仮説を導くために使用できます。例えば、アストラゼネカは腫瘍学の研究開発にNMRを使用しています。^[34]

NMR実験における可変パラメータとしての圧力の使用に関する最初の科学的研究の1つは、1994年にAnnual Review of Biophysics誌に掲載されたJ. Jonasの研究でした。^[35] NMR分光法における高圧の使用は、主に生化学システムを研究したいという要望によって推進されました。生化学システムでは、高圧の使用により、大きな摂動なしに分子間相互作用の制御された変化が可能になります。

もちろん、高圧NMR分光法を用いて科学的問題を解決しようとする試みは行われてきた。しかし、そのほとんどは高圧を生成し維持するための装置の問題のために再現が困難であった。^{[36] [37] [38]}では、高圧NMR実験を実現するための最も一般的なタイプのNMRセルが示されている。^{[説明が必要]}

高圧NMR分光法は、主にタンパク質分子の構造解析に関連して、さまざまな用途に広く使用されています。^{[39] [40]}しかし近年、超臨界流体環境における小分子の化学的および空間的構造を特徴付けるためのソフトウェアおよび設計ソリューションが提案されており、^[41]状態パラメータをそのような変化の原動力として使用しています。^[42]

核分光法の関連手法:

• メスバウアー効果
• ミューオンスピン分光法
• 乱れた角度相関

• ジョン・D・ロバーツ（1959年）。核磁気共鳴：有機化学への応用。マグロウヒル・ブック・カンパニー。ISBN 9781258811662。
• JAPople、WGSchneider、HJBernstein (1959)。高解像度核磁気共鳴。McGraw-Hill Book Company。
• A. アブラガム(1961)。核磁気の原理。クラレンドン プレス。ISBN 9780198520146。
• チャールズ・P・スリヒター（1963年）。磁気共鳴の原理：固体物理学からの例付き。ハーパー＆ロウ。ISBN 9783540084761。
• ジョン・エムズリー、ジェームズ・フィーニー、レスリー・ハワード・サトクリフ（1965）。高解像度核磁気共鳴分光法。ペルガモン。ISBN 9781483184081。

ウィキメディア・コモンズには、核磁気共鳴分光法に関連するメディアがあります。

• ジェームズ・キーラー。「NMR 分光法の理解」 （ケンブリッジ大学で再版）。カリフォルニア大学アーバイン校。2007年 5 月 11 日閲覧。
• NMRの基礎 - RITの化学教授ジョセフ・ホーナック博士による、NMRの理論、装置、技術に関する非技術的な概要
• GAMMA および PyGAMMA ライブラリ - GAMMA は、核磁気共鳴分光法実験のシミュレーション用に作成されたオープン ソースの C++ ライブラリです。PyGAMMA は、GAMMA の Python ラッパーです。
• リラックス NMRダイナミクス解析用ソフトウェア
• Vespa - VeSPA (Versatile Simulation, Pulses and Analysis) は、3 つの Python アプリケーションで構成された無料のソフトウェア スイートです。これらの GUI ベースのツールは、磁気共鳴 (MR) スペクトル シミュレーション、RF パルス設計、および MR データのスペクトル処理と分析に使用されます。