在实际操作中，点样后的滤纸一端浸没于流动相液面之下，由于毛细作用，有机相即流动相开始从滤纸的一端向另一端渗透扩展。当流动相（有机相）沿滤纸经点样处时，样品点上的溶质在水和有机相之间不断进行分配，一部分样品离开原点随流动相移动，进入无溶质区，此时又重新分配，一部分溶质由流动相进入固定相（水相）。随着流动相的不断移动，因样品中各种不同的溶质组分有不同的分配系数，移动速率也不一样，所以各种不同的部分按其各自的分配系数不断进行分配，并沿着流动相流动的方向移动，从而使样品中各组分得到分离和纯化。
纸层析对混合物进行分离时，发生两种作用：第一种是溶质在结合于纤维上的水与流过滤纸的有机相进行分配（即液—液分离）；第二种是滤纸纤维对溶质的吸附及溶质溶解于流动相的不同分配比进行分配（即固—液分配）。虽然混合物的彼此分离是这两种因素共同作用的结果。
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