Spektroskopi Resonansi Magnetik Nuklir (NMR) memanfaatkan sifat magnetik inti dengan spin bukan nol (mis., ¹H, ¹³C, ¹⁹F, ³¹P) yang ditempatkan dalam medan magnet eksternal yang kuat. Dalam kondisi ini, inti menempati tingkat energi yang berbeda, dan pulsa frekuensi radio menginduksi transisi di antara mereka. Frekuensi resonansi bergantung pada medan magnet lokal di setiap inti, yang dimodifikasi oleh awan elektron di sekitarnya — fenomena ini menghasilkan pergeseran kimia, diukur dalam parts per million (ppm) relatif terhadap standar referensi.
Standar referensi universal untuk NMR adalah tetrametilsilana (TMS), yang 12 proton ekivalennya menghasilkan satu puncak tajam yang didefinisikan sebagai 0 ppm. Sebagian besar proton organik beresonansi antara 0 dan 12 ppm, sementara sinyal ¹³C mencakup 0-220 ppm. Pergeseran kimia dipengaruhi oleh keelektronegatifan, hibridisasi, dan efek anisotropik dari sistem π di dekatnya. Misalnya, proton aldehida muncul pada 9-10 ppm, proton aromatik pada 7-8 ppm, dan proton metil yang berdekatan dengan oksigen pada 3-4 ppm.
Integrasi sinyal ¹H NMR (luas di bawah puncak) berbanding lurus dengan jumlah proton yang menghasilkannya, memungkinkan penentuan rasio proton secara kuantitatif. Kopling spin-spin (kopling-J) membagi sinyal menjadi multiplet menurut aturan n+1: proton dengan n proton tetangga yang ekivalen muncul sebagai multiplet dengan n+1 garis. Konstanta kopling J (dalam Hz) memberikan informasi tentang konektivitas ikatan dan sudut dihedral melalui persamaan Karplus. Pola pemisahan umum meliputi singlet, doublet, triplet, kuartet, dan pola yang lebih kompleks seperti doublet dari doublet ketika kopling ke tetangga yang tidak ekivalen terjadi.
¹³C NMR secara rutin diakuisisi dengan dekopling proton pita lebar, menghasilkan sinyal singlet untuk setiap lingkungan karbon yang unik. DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer) membedakan antara CH₃, CH₂, CH, dan karbon kuarterner dengan memvariasikan sudut pulsa dekopler (45°, 90°, dan 135°). Teknik dua dimensi termasuk COSY (COrrelation SpectroscopY) dan HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence) memetakan interaksi melalui ikatan dan melalui ruang, memungkinkan penugasan lengkap struktur molekul yang kompleks.
Interpretasi praktis memerlukan kesadaran akan artefak umum. Puncak pelarut residual (mis., CDCl₃ pada 7,26 ppm dalam ¹H, 77,16 ppm dalam ¹³C) harus dikenali. Efek dinamis seperti kesetimbangan rotamer atau pertukaran proton dapat melebarkan atau menggabungkan sinyal. Pengukuran dependen suhu dapat meresolusi puncak yang dilebarkan oleh pertukaran dan memberikan wawasan tentang gerakan molekul serta fleksibilitas konformasi.
