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1952년 빠르고 저렴한 분석방법인 분배 크로마토그래피를 개발해 화학·의학·생물학 연구를 크게 발전시킨 공로로 R. L. M. 싱과 함께 노벨 화학상을 받았다.

분배 크로마토그래피는 서로 섞이지 않는 두 액체로 이루어진 혼합물을 분배의 차이에 따라 각 성분들로 분리하는 것이다.

한 액체는 미세한 고체의 표면에 강하게 흡착되어 움직이지 않지만 다른 액체는 고체 입자들 사이의 틈을 통해 흘러간다. 흐르는 액체에 잘 녹는 물질들은 정지해 있는 액체와 친화성이 큰 성분들보다 흐르는 방향을 따라 빨리 이동한다.

1953년 마틴과 A. T. 제임스는 다공성 고체에 흡착되는 정도의 차이를 이용해 화학적으로 증기들을 분리할 수 있는 기체 크로마토그래피를 개발하는 일에 참여했다. 1946년 그는 노팅엄에 있는 부츠제약회사의 생화학 책임연구원이 되어 1948년 영국 의학연구회의 임원으로 임명될 때까지 일했다. 1959~70년 애버츠배리 연구소 소장을 지냈다.