氣相色譜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/解吸附，結果是在載氣中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正比。當將這些信號放大并記錄下來時，就是氣相色譜圖了。
氣相色譜儀通常由以下五個部分組成：
一、氣源和載氣的控制和測量
(1)氣源
氣源多采用高壓瓶(氫、氮、氬等)做高純氣的儲存器，并裝有減壓閥，使高壓氣體減壓成低壓氣體(0．1-O．5MPa)以供使用。鋼瓶供給的氣體稱為流動相，又稱載氣。載氣的作用主要是把樣品輸送到色譜柱和檢測器中。
(2)流量調節閥
可以調節載氣的流速，常用的有穩壓閥和針形閥。
(3)流速計用以測量載氣流速。常用的有轉子流量計和皂膜流速計等。
二、色譜柱和恒溫器
(1)色譜柱
色譜柱的作用是把混合物分離成單一組分。一般常用不銹鋼管或銅管內填充固定相構成，管子成U型或螺絲形。一般柱管內徑為2—8mm，還有內徑更小的稱為毛細管色譜柱，柱管長度一般為1-4m或更長。
(2)恒溫器為了保持色譜柱或檢測器內的溫度恒定，色譜柱和檢測器多置于恒溫器內。一般常采用空氣恒溫方式。
三、進樣器把樣品通進色譜柱的元件稱進樣器，其中包括汽化室和進樣工具，汽化室的作用是將液體或固體樣品瞬間汽化為蒸汽。進樣工具常有定量閥和注射器。
四、檢測器
檢測器又稱鑒定器是用來檢測柱后流出的組分，并以電壓或電流信號顯示出來，常用的檢測器有熱導池式；氫火焰離子化式；電子捕獲式和火焰光度式檢測器數種。
五、自動記錄儀記錄儀的作用是將檢測器輸出的信號記錄下來，作為定性，定量分析的依據。
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