實驗室管理信息系統在海洋環境監測工作中的應用

鄭琳，周春瑩， 袁媛 ，謝利

(1.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033； 2.國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033)

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實驗室管理信息系統在海洋環境監測工作中的應用

鄭琳1,2，周春瑩1,2， 袁媛1,2，謝利1,2

(1.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033； 2.國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033)

文章介紹了北海環境監測中心實驗室管理信息系統(LIMS)的實施與運行情況，并根據運行經驗探討了實驗室管理信息系統對海洋環境監測工作的促進作用及其存在的問題。

實驗室管理信息系統；海洋監測；質量管理

海洋環境監測工作是海洋環境管理中最為重要的基礎工作，監測工作的質量和效率直接影響到海洋環境管理決策的科學性和有效性。長期以來由于監測基礎工作缺少信息化手段，監測基礎信息的產生、處理、傳輸均采用人工、紙質件方式，導致了工作效率低、數據質量差、管理問題多。實驗室信息管理系統(Laboratory Information Management System， LIMS)是將現代管理思想與計算機數據處理與存儲技術、網絡傳輸技術、自動化儀器分析技術有機結合為一體，用于實驗室業務管理和控制的系統。它可以為實驗室的高效和科學運作以及信息的保存、交流和加工提供平臺，并可對實驗工作的各個環節進行定量化的質量管理，以達到提高實驗室工作效率、工作水平、數據質量和降低成本的目的。經過嚴格質量認證的LIMS的應用，可保證實驗室的質量體系在嚴格控制下運行，從而使實驗室的最終產品即所有的監測和管理數據、信息均符合相關的質量標準和規范[1—3]。LIMS目前主要應用在醫療、環境、質檢等行業。

國家海洋局北海環境監測中心(以下簡稱：北海監測中心)是承擔北海區近、遠海海洋環境監測的主要監測機構。為提高監測業務信息化，提升綜合監測能力和分析水平，于2010年啟動了實驗室信息管理系統實施工作。本研究探討實驗室信息管理系統在海洋監測業務中的實施運用及其對海洋監測業務、質量管理的促進作用。

1 LIMS實施計劃

LIMS實施過程中，采取了根據需求統一設計、分塊實施、逐步推進的工作原則。① 進行了詳細地需求調研：了解Lims系統的業務流程及技術特點、已實施Lims系統的監測機構的實施過程和存在的問題。② 將目前的監測業務、管理流程與系統流程進行了分析研究，對不規范的業務流程進行了優化。③ 在系統實施前明確了系統運行的目標與技術環節，并且制訂了分階段實施計劃，確定了各個階段的實施范圍。在此基礎上與系統研發公司共同完了成需求設計。④ 系統實施過程中采用循序漸進、逐步改進、責任到人的方式。在整體項目實施過程中，盡量縮短初始化的時間、延遲試運行時間，對于出現的問題及時進行改進。⑤ 配備專業技術團隊，包括熟悉業務流程和軟件設計的人員，并在系統實施前對人員進行崗位培訓，使實施人員認識到了實驗室管理信息化的重要性，以逐步適應新的工作模式。

經過4年的調整與優化，已實現了海洋斷面監測、海洋趨勢性監測、海洋生物多樣性監測等10余項監測任務，水文氣象、水質、沉積物、生物等監測領域內99個檢測項目的LIMS信息化平臺運行。

2 LIMS系統架構和功能設計

根據監測業務流程和管理要求，LIMS設計圍繞4個目標構建：① 有效利用人力和設備資源，減輕工作人員壓力；② 規范實驗室業務流程，加強工作過程監管，使管理體系運行更趨規范；③ 數據自動采集、安全、集中式存儲和共享，提高數據準確性、時效性和可溯源性；④ 自動計算、報表自動生成。

LIMS功能設計主要包括實驗室管理和業務流程控制。其中實驗室管理包括儀器設備、人員、材料、客戶等管理功能。業務流程控制包括采樣管理、樣品管理、實驗室分析管理、數據管理、報表管理、質量管理等功能。

2.1 系統架構

系統采用C/S架構研發；數據庫采用 Microsoft SQL Server 2008；服務器端為 Windows Server 2003操作系統；客戶端操作系統為Windows XP SP3或者更高版本。通過局域網、數據庫服務器、終端PC、各類分析儀器和監控設備、路由器、安全隔離系統等軟硬件運行環境構成LIMS系統網絡(圖1)。

圖1 系統架構

2.2 功能模塊

系統功能模塊包括任務管理、采樣管理、樣品管理、電子數據傳輸、質量控制、文檔管理、儀器設備管理、物料管理、試劑制備管理、工作量統計管理、數據綜合查詢共11個功能模塊。

3 LIMS運行情況

3.1 人員、儀器設備、監測方法的管理

LIMS建立之初，對監測人員持證項目、儀器設備檢定校準、計量認證項目等基礎條件進行確認，對人員所屬科室、工作角色等予以劃分。

3.2 工作流程管理

依據海洋監測業務流程，LIMS運行流程如圖2所示。

圖2 系統運行流程

(1)任務下達。由任務書編制人員在LIMS中下達任務，填寫監測任務名稱、站位經緯度、監測時間、監測項目及其方法等相關信息，LIMS自動生成監測任務編號。

只有管理層理解了內部控制的重要意義，才能為單位各部門和全體員工做好表率作用，認真對待行政事業單位的內部控制建設工作，加大建設的投入并且嚴格遵守內部控制管理制度中的各項規章，逐漸將內部控制意識從管理層滲透到單位員工層面。為了使內部控制的意識深入到員工內部，行政事業單位需要定期舉辦相關的團建活動和知識講座，通過培訓來強化內部控制在行政事業單位工作中的重要性，并向員工嚴格明確內部控制制度的權威性。行政事業單位應該通過管理層指導各部門、各部門監督員工落實的方式不斷完善內部控制體系，同時強化全體員工的工作思維模式。

(2)海上外業監測。由外業領隊到達采樣站位后組織相關人員在LIMS內輸入采樣時間、采樣人、站位經緯度等、水文氣象、沉積物、水質、生物等采樣信息，并完成樣品瓶的編碼打印工作。

(3)樣品交接。由樣品交接人員通過條碼掃描槍掃描樣品編碼、簽署的方式完成樣品從外業到各分析實驗室的交接。交接完成后LIMS流程進入測試分析環節。

(4)分析測試。由分析測試人員將分析測試結果直接錄入LIMS內，其中營養鹽自動分析儀、原子熒光光度儀、電感耦合等離子體質譜儀ICP-MS等大型分析測試儀器的結果文件可以由LIMS直接讀取。

(5)數據審核及提交。數據三級審核均在LIMS內在線審核，審核后數據可以通過相關接口進入數據庫或直接打印成紙質文件歸檔。

(6)質量管理。由質控人員進行平行樣、內控樣、加標樣等各類質控樣的添加，并實現平行樣相對偏差、回收率等評估計算。

(7)實驗室管理。文檔管理、儀器設備管理、物料管理、試劑制備管理模塊實現分析測試工作的文檔類文件、儀器設備、試劑藥品等信息記錄和管理。工作量統計管理、數據綜合查詢實現對整個任務的信息查詢、工作量統計。

4 LIMS運行效果

通過LIMS的實施，給北海監測中心的監測業務管理和實驗室管理帶來了很大的變化，主要體現在以下幾方面。

監測業務工作需要涉及不同的部門、人員，傳統監測業務流程缺少統一信息平臺，各環節業務操作均獨立開展，相互間的銜接均需要人員面對面交接，因此共享信息的傳遞時效性差。同時，監測工作中的采樣信息、樣品信息、數據結果信息均為手工錄入、紙質介質傳遞，各環節均需要大量的人力，工作內容重復。在主要以人工完成的業務流程中，如果溝通不及時就會造成信息鏈傳遞斷開，造成信息出錯，同時工作效率、質量較低。

通過LIMS信息平臺將海洋監測的任務下發、樣品采集、樣品交接、實驗室分析、數據審核與提交的業務環節有效地進行了銜接，信息共享程度高，人工工作量減少、環節優化、出錯率減少，工作效率大幅提高。其優勢主要表現在：① 外業監測中對于多個任務書作業，在系統內實現不同任務中相同站位相關信息的自動匹配，減少人工工作量，減少出錯率。② 樣品管理中樣品編號自動生成，信息采用唯一性可自動識別條形碼，交接借助掃碼槍自動交接，樣品管理規范、高效，漏樣、缺樣等問題能及時發現、及時處理。③ 監測任務執行中站位、樣品等相關信息的共享與傳遞，大型儀器分析結果可以自動導入，減少了人為環節，提高了監測數據質量。④ 現場分析與實驗室分析記錄、工作曲線及總報表均能實時生成，解決了繁重的人工抄表工作，提高了數據時效性；系統內置分析計算與審核設置能自動校核或審核，少了出錯率、提高了工作效率。

4.2 監測過程可全程溯源、提高了質量管理水平

海洋監測質量管理工作需要對完整的海洋監測業務流程環節進行跟蹤、檢查，數據結果有異常時需要整個鏈條能及時進行溯源。由于傳統監測業務流程以人工為主，各環節需要人工銜接，因此，給質量管理工作帶來很大的困難。在海洋監測業務量快速發展的形式下，人對人形式的監督檢查根本無法達到質量管理目標，不僅時效性差，而且由于人員不到位，管理環節也容易缺失，從而無法滿足現在的海洋管理需求。

通過LIMS建立起的快速高效的質量監督信息化平臺，將監測業務全程納入統一的信息平臺中，各監測環節均有記錄，各環節信息均能實時錄入、實時審核、實時追溯，數據質量可以全程溯源。真正實現了借助信息化監控體系實現質量管理的信息化。

4.3 滿足不同管理者的需求，管理高效、便捷

通過LIMS對檢測項目、樣品數量、工作狀態、任務量等情況可以實時進行統計、查詢，方便了不同管理者的管理需求，監測管理更高效、便捷。同時，在LIMS中海洋監測數據結果能借助網絡、衛星等實現數據的異地高效傳輸，數據及時傳輸入庫分析，提高了監測產品的時效性，有力地支撐了管理決策的制定。

5 存在的問題

目前國內LIMS在海洋環境監測系統應用較少，主要原因是LIMS產生于某一特定的、單一功能的分析實驗室，這些實驗室客戶單一、數據類別單一且固定，數據產生的場所絕大部分在實驗室內部，而海洋監測系統的業務流程和管理模式與單一實驗室相比，差異較大。客戶或任務來源范圍廣、數據類別包括海水、淡水、沉積物、生物、大氣等多種類別；數據產生在海上或室外場所[4-6]。在系統運行中，我們發現了LIMS在海洋監測領域中需要解決的一些問題。

5.1 LIMS適用范圍直接影響到系統實施的效果

LIMS不是萬能的，并不是實驗室所有工作都是LIMS的管理對象。① LIMS是一個軟件管理系統，工作流程不清晰、不規范的業務將影響到系統設計和使用。② 由于LIMS流程的固定化，對于經常需要變動、靈活性較大的業務環節無法提高工作效率，反而會影響工作進程。③ 自動化程度不夠高的實驗室，將導致LIMS實施不暢，尤其是主體由人工分析的工作并不是LIMS的優勢，運行后工作效率反而會有所降低。對于特殊流程，LIMS需要研發新的模塊以滿足不同的需求。

5.2 LIMS數據采集功能未完善

目前國內的LIMS與儀器設備的對接技術還有待提高，LIMS對于色譜、質譜、原子吸收、電感耦合等離子體質譜儀等大型儀器上的原始數據，僅僅采集其工作站導出文件(txt，csv，xls等)中的結果，而不能實現儀器與LIMS的雙向通信。同時，LIMS系統對于海洋環境監測中海洋沉積物分析、海洋生物分析、放射性分析的專用儀器設備如激光粒度儀、流式細胞儀、γ劑量率儀等還無法實現對接。

5.3 LIMS與海洋監測業務流程的適應性需要進一步完善

LIMS設計是基于委托檢測的任務設計的，因此系統對于確定的分析方法、確定的分析儀器的檢測任務有優勢。而實驗室檢測只是海洋監測的一部分工作，同時環境監測任務又有介質多樣、項目多樣的特殊性。因此，海洋監測對應的檢測有許多不確定性，需要根據檢測結果進行多次檢測或調整。這些業務、管理流程與LIMS固有的流程不兼容，LIMS的固定化流程就無法滿足業務需求。

6 結束語

實驗室管理信息系統(LIMS)作為現代的實驗室管理工具，將海洋監測的業務環節納入信息化體系，解決了傳統手工作業中存在的問題，實現了監測業務信息化、動態化、自動化、規范化管理。當前，我國的海洋環境保護工作進入了一個新的歷史時期，海洋環境監測事業發展迅速，在新形勢下，LIMS必將成為促使中國海洋環境監測實驗室管理水平提升、與市場競爭機制接軌、與國際慣例接軌、與科學化管理體系接軌的重要手段和工具。

[1] 王勁東. Lims系統發展歷史及在環境監測站的作用[J].內蒙古環境科學，2008，20(4)：90-93．

[2] 武敬，楊建華. 實驗室信息管理系統(LIMS)初探[J].資源環境與工程，2004，18(3)：68-73．

[3] 陳佩君. 實驗室信息管理系統(LIMS)在水產品質量安全檢測中的應用初探[J].福建水產，2012，34(3)：249-253．

[4] 鄧愛萍. 環境監測LIMS系統建設中的問題剖析[J].環境科學與管理，2010，35(3)：103-105．

[5] 湯立，酈偉. 實驗室信息管理系統(LIMS)在環境監測系統的應用探討[J].江蘇環境科技，2007，20(2)：69-71.

[6] 楊仲偉. 淺議實驗室管理系統(LIMS)在環境監測中的應用[J].甘肅科技，2012，28(3)：57-58．

2009年度海洋公益性行業科研專項資助項目(200905007-2).

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1005-9857(2015)04-0082-04