在高效液相色谱分析中，如欲在较短的分析时间内获得高柱效，可通过增强色谱柱的渗透性以降低柱压力降，并促进溶质的传质扩散，这可通过使用具有高渗透性的整体色谱柱(monolithic column)来实现。

整体色谱柱不同于微粒填充柱，它是由一整块固体构成的柱子，其由具有相互连接骨架并提供流路通道的有机聚合物或硅胶凝胶整体组成。一个整体柱可具有小尺寸的骨架和大尺寸的流通孔，因而具有大的流通孔尺寸/骨架尺寸的比值，从而缩短了溶质在整体柱的扩散途径，并减小了柱的阻抗因子，因而大大增加了色谱柱的渗透率，这种特性是微粒填充柱不可能具有的。为了形象地理解整体色谱柱，可将它看做是由灌流色谱的一个具有流通孔和扩散孔的流通粒子扩展成为一个整体色谱柱，它们都具有相似的高渗透率。

整体色谱柱柱床可制成具有两种孔径分布的多孔网络型的圆柱棒、具有一定厚度的圆盘片或极薄的功能膜。薄膜可看做具有极端尺寸(它的纵轴极端短)的整体柱，可由许多层的薄膜叠加制成整体柱。图9-50为由多层薄膜制作的整体柱床、具有网络结构的整体柱床与微粒填充柱床在流动相通过时的孔隙结构示意图。

图9-50  不同类型色谱柱床的孔隙结构
(a)多层功能薄膜(或圆盘片)叠加整体柱床；(b)多孔网络结构圆柱整体柱床；(c)微粒填充柱床

1．硅胶凝胶整体柱

硅胶凝胶整体柱是用溶胶一凝胶法制备的。它使用四甲氧基硅烷[Si(OCH₃)₄，TMOS]或四乙氧基硅烷[Si(OC₂H₅)₄，TEOS]作原料，在醇、水存在下，加入强酸保持pH＝2.3，使TMOS(或TEOS)发生水解反应和缩聚反应，使SiO₂相分离析出，形成溶胶，再经过转化形成凝胶，待陈化和溶剂交换其整体流动性丧失后，将其干燥和热处理使其固化，再经表面改性(如烷基化等)制成。

最后用聚四氟乙烯(PTFE)或工程塑料聚醚醚酮(PEEK)包覆(或预浇铸柱管中)以供使用。此过程也可在熔融硅毛细管柱中直接制成毛细管整体柱，而用于微柱液相色谱分析。上述制备过程如图9-51所示。

图9-51  用于HPLC的硅胶整体柱
(a)整体柱的制备过程；(b)10um内径整体毛细管柱的截面图

与常规微粒填充柱比较，由硅胶凝胶制成的整体柱，具有连续多孔网状结构和流通孔尺寸/骨架尺寸的高比值，它具有相对大的流路通道，导致柱压力降减小至具有相似柱效的微粒填充柱的1/10。当使用常规HPLC设备，在高线速下，柱效将增加10倍。

2010年后第二代硅胶整体柱已经出现，它们不仅可以分离大分子，也解决了对小分子的分析问题。第一代硅胶整体柱(Chromolith)和第二代硅胶整体柱(Chromolith HR)的物理和化学性能比较，见表9-19。

表9-19 第一代和第二代硅胶整体柱的性能比较

第二代整体柱的结构更加均匀，对具有大孔1.0um、中孔14 nm的第二代硅胶整体柱，其柱效可达185000板/m，理论塔板高度约5.4um。而对具有大孔2.0um、中孔10nm的第一代硅胶整体柱，其柱效仅为10800板/m(它们都装填在100mm×4.6mm的色谱柱中)。

2.聚合物凝胶整体柱

聚合物凝胶整体柱通常用原位聚合法制备，可把配制好的有机物单体、致孔剂和引发剂、溶剂等混合物装入空的色谱柱，由引发剂分解形成自由基并引发单体聚合成单分散的核，再经连续的聚合成微球，引起凝聚形成聚集体，而在色谱柱中形成棒状的整体结构。

整体柱中聚集体具有微米尺寸的骨架，骨架具有大孔和微孔的双孔结构，构成骨架的是聚合物的微粒。这些大孔和小孔的总和就是整体柱的总孔度，一般可达60％～70％，显然总孔度太大，整体柱就不可能具有足够的机械强度，这也是导致整体柱柱效低的原因。

构成聚合物整体柱的有机单体分为以下几类：

(1)丙烯酰胺类Hjerten等对此类整体柱进行了系统的研究，先后制成多种组成的整体柱，如丙烯酰胺、哌嗪二丙烯酰胺和乙烯基磺酸；N,N'-亚甲基二丙烯酰胺和丙烯酸；丙烯酰胺、N,N'-亚甲基二丙烯酚胺和2-丙烯酰胺2-甲基1-丙磺酸；N,N'-亚甲基二丙烯酰胺和N-烷基甲胺等。

此类整体柱都可制成常规液相色谱柱或毛细管液相色谱柱，有些已用于微柱液相色谱和毛细管电色谱。此类商品整体柱，其型号以Uno命名。

(2)丙烯酸酯类其组成可为：甲基丙烯酸丁酯、二甲基丙烯酸乙烯酯和2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸；甲基丙烯酸甘油酯和二甲基丙烯酸乙烯酯等。

此类整体柱制备中，可通过调节三元致孔剂(水、1-丙醇和1, 4-丁二醇)的比例获得250～1300nm的流通孔，并具有在pH=2～12范围内的稳定性。

(3)苯乙烯类苯乙烯是制作高聚物微球的主体材料，它与二乙烯基苯、氯甲基苯乙烯等活性单体共聚可制成具有大孔网状结构、在极端pH (1～14)下稳定的反相整体柱，可用甲醇、甲苯等溶剂做致孔剂以调节流通孔的尺寸。

聚合物整体柱可用于HPLC的高效分离，由于它具有大的流通孔尺寸/骨架尺寸的比值，骨架虽小仍有一定刚性，它可高效、快速地分离生物大分子，但用于有机小分子的分离却呈现低的分离效率。这是由于骨架中存在的微孔，使小分子产生慢的质量传递而降低了柱效。

第二代聚合物整体的重要改进是使其能对小分子有机物进行分析，为此多采用改变聚合物的生成条件，增加整体柱中孔和小孔的比例，如提高聚合温度，缩短聚合时间，使用金纳米粒子、碳纳米管进行超交联(hyper-crosslinke)，增加比表面积，现在生产的第二代聚合物整体柱的柱效已达80000～100000板/m，比第一代整体柱的柱效提高了2～3倍。

3．整体柱与微粒填充柱、开管柱的柱性能比较

在高效液相色谱分析中，为表征整体柱的特性，表9-20中对各种类型的整体柱与微粒填充柱、开管柱的柱效性能做了比较。

表9-20  整体柱与微粒填充柱、开管柱的柱性能比较

①甲醇-水(80：20)；②100％甲醇；③乙腈-水(80：20)；④乙腈-水(40：60)；⑤乙腈-水(10：90)；⑥UHPLC为超高压液相色谱。

整体色谱柱的优点为：

(1)具有高的流通孔尺寸/骨架尺寸的比值和良好的渗透率，可实现高效、快速分析。

(2)易于制备，不必进行匀浆填充操作，柱末端不必使用过滤垫片。

(3)固定相的改性和功能化可在一次聚合或浇铸过程完成。

整体色谱柱的缺点表现为：

(1)聚合物整体柱与有机溶剂接触会产生溶胀现象，多次变更流动相会发生棒状整体柱从柱管内壁脱落。

(2)硅胶整体柱制备中最困难的是用PTFE或PEEK材料包覆硅胶棒，其与柱管材料的密合有一定的难度。

(3)整体柱制备的重复性较差，如对硅胶整体柱其柱压力降的变化可达±10％，理论塔板高度的变化可达±15％。

由此可见整体柱并不是最高级的柱子，但它给出了一个随柱填料粒径的减小，伴随产生高柱压力降使用限度时的解决方案；使用现代液相色谱仪器，用简单的压力驱动，就可实现优于微粒填充柱的高效、快速分离。它的制备方法不仅可用于制备常规LC柱、毛细管柱，还可应用到制备多通道芯片色谱。