混合物分离是气相色谱仪的基本机能。分离过程在色谱柱内部进行。色谱柱是由涂在惰性载体上的固定相组成的填充物填充起来的长管，常分为填充柱和毛细管柱。
由A和B组分组成的混合物被注入气态的不断地从柱子中流过的一般称流动相。当流过柱于的时候，组分A和B将与固定相相互作用，而与流动相却全然不发生影响。因此，当它们通过柱子时，A和B将被推迟。在组分中如果B与固定相的相互作用程度比A更大，因而混合物就将分离。比较理想的是，当组分到达柱子末端时，混合物被完全分离。
由柱子流出来的组分经适当的检测器进行测定，信号由色谱工作站记录而得出色谱图。这一谱图由一连串的峰组成，每一个峰表示流出的一个组分，并且其数目等于组分的数目。流出的时间可以用来标识混合物的组分，因而定义为某一组分的流出时间或者保留时间。
理想情况下，色谱图的峰是完全分开的。在基线处的峰宽是很窄的，甚至在出样的末端也是如此。这一性能用效率和分辨率来衡量，它们可由从谱图上测量的几个简单数据计算出来。
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