气相色谱仪用色谱柱暂时分离混合物，用检测器依次检测分离的成分。 柱的直径为数毫米，其中填充有固体吸附剂和液体溶剂，填充的吸附剂和溶剂称为固定相。
还有一个与固定相对应的流动相。 流动相是样品和固定相都不反应的气体，一般为氮气和氢气。 分析对象的样品在色谱柱前端注入流动相，流动相带着样品进入色谱柱，因此流动相也称为载气。
载气在分析中连续以一定的流速流经色谱柱。 样品每次注入一次，每次注入都得到分析结果。
样品通过色谱柱分离是基于热力学性质的不同。 固定相与样品中的各成分具有不同的亲和性(气相色谱中吸附力不同，气液分配色谱中溶解度不同) 。载气带着样品连续通过色谱柱时，亲和性大的成分在色谱柱中移动的速度很慢。 因为亲和性大意味着固定相对其的拉伸力大。 亲和力小移动快。 4根柱形管实际上是1根，只用于表示样品中各成分不同瞬间的状态。
样品是由a、b、c三种成分组成的混合物。 载气被带入色谱柱后，如状态(I )所示，三者完全混合。 经过一定时间后，即载气带着它们在柱子中走一定距离后，三者开始分离，如状态(Ⅱ)。
再进一步，如状态(Ⅲ)和(Ⅳ)一样，三者分离。 固定对它们亲和性的是A>B>C，故移动速度是C>B>A。开头的成分c首先进入色谱柱后面的检测器，例如状态(Ⅳ)，然后b和a也依次进入检测器。
检测器提供与输入的各分量相对应的信号。 以样品注入载气为定时的起点，各成分分离后依次进入检测器，检测器提供与各成分对应的最大信号(常常称为峰值)所经过的时间称为各成分的保持时间tr。
事实上，证实了在条件(包括载气流速、固定相的材料和性质、柱的长度和温度等)一定的情况下，不同成分的保留时间tr也是一定的。
因此，相反可以根据保持时间推测其成分是什么样的物质。 因此，保留时间是色谱仪器实现定性分析的依据。
检测器对每个成分赋予的信号在记录仪中表现为一个峰值，被称为色谱峰。 色谱峰上的极大值是定性分析的依据，但色谱峰所含面积取决于相应成分的含量，因此峰面积是定量分析的依据。
注入一个混合物样本后，用记录仪记录的曲线称为色谱图。 分析色谱图可以得到定性分析和定量分析的结果。
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