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色譜柱利用色譜柱先將混合物分離，然后利用檢測器依次檢測已分離出來的組分。色譜柱的直徑為數毫米，其中填充有固體吸附劑或液體溶劑，所填充的吸附劑或溶劑稱為固定相。與固定相相對應的還有一個流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發生反應的氣體，一般為氮或氫氣。待分析的樣品在色譜柱頂端注入流動相，流動相帶著樣品進入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是連續地以一定流速流過色譜柱的；而樣品則只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析結果。樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學性質的差異。固定相與樣品中的各組分具有不同的親合力（對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分配色譜儀是溶解度不同）。當載氣帶著樣品連續地通過色譜柱時，親合力大的組分在色譜柱中移動速度慢，因為親合力大意味著固定相拉住它的力量大。親合力小的則移動快。

相對于填充柱來說，毛細管柱一般具有更高的分離效能，這是因為：毛細管柱的分析速度約為填充柱的數十倍。由于液膜極薄，分配比k很小，相比大，組分在固定相中的傳質速度極快，因此有利于提高柱效和分析速度。它可在1小時內分離出包含一百多種化合物的汽油成分；可在幾分鐘內分離十幾種化合物。所以毛細管色譜柱對于復雜的樣品分離更為有利，如農產品中的農藥多殘留同時檢測、環境樣品的有機物污染檢測、化妝品中香精檢測等。