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氣相色譜分析，其實就是一種分離技術，在實際工作中要分析的樣品往往是復雜基體中的多組分混合物，所以首先必須將其分離，然后才能對有關組分進行進一步的分析。混合物中各組分的分離性質在一定的條件下是不變的，所以可進行定性定量分析，這就是氣相色譜的分離分析過程。

混合物的分離是基于組分的物理化學性質的差異，比如過濾時液體通過濾紙，而未溶解的固體物質則留在濾紙上，這就是利用二者物理狀態不同而分離的。同樣，我們常用萃取來分離溶解性不同的物質，用離心來分離密度不同的物質。可用于分離的物理化學性質還有沸點、分子尺寸、極性、帶電狀態和化學反應性能等。

氣相色譜分析主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離。待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體（即載氣，也叫流動相）帶入色譜柱，柱內含有液體或固體固定相，由于樣品中各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動相和固定相之間形成分配或吸附平衡。

但由于載氣是流動的，這種平衡實際上很難建立起來，也正是由于載氣的流動，使樣品組分在運動中進行反復多次的分配或吸附/解吸，結果是在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。

當組分流出色譜柱后，立即進入檢測器，檢測器能夠將樣品組分的存在與否轉變為電信號，而電信號的大小與被測組分的量或濃度成比例。當將這些信號放大并記錄下來時，就出現了樣品的色譜圖，它包含了色譜的全部原始信息。在沒有組分了流出時，色譜圖的記錄是檢測器的本底信號，即色譜圖的基線。