實驗室信息管理系統（LIMS）在水環境監測實驗室中的應用

聶真真，郝金義，王文靜，方文宏

（長江水利委員會漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022）

1 LIMS簡介

實驗室信息管理系統（Laboratory Information Management System，LIMS）是實驗室信息管理的一個平臺，將網絡通信技術、計算機技術、分析檢驗技術、儀器儀表技術與科學的實驗室管理思想進行有機結合[1]，實現以實驗室為中心，對檢測數據和相關信息進行收集、分析、報告和管理的全方位服務。LIMS是現代實驗室綜合管理的一種理念、技術、方法、產品和整體解決方案，是提高實驗室管理效率規范性和系統性的有效工具[2-5]。通過LIMS系統，可以達到無紙化辦公、信息化管理、自動化運行和協調實驗室資源的量化管理目的，是提高實驗室專業化程度的重要手段，對實驗室的良好高效運行具有積極的推動作用[6-7]。

實驗室信息管理系統，在西方發達國家的實驗室已經走過了20多年的發展旅程，廣泛應用于石油、化工、制藥、檢疫、海關、煙草、釀酒、食品、電力、教育和科研等行業。隨著IT技術的迅猛發展，LIMS系統日趨成熟和功能強大。許多西方學者直言，沒有LIMS系統的實驗室是不合格的實驗室。他山之石可以攻玉。在國內，專業的LIMS開發公司也如雨后春筍般出現。他們在吸收國外的先進經驗后，根據我國各行各業的實際情況，建成了具有中國特色的現代實驗室信息管理系統。

2 開發背景

水環境監測是長江委水文局的一項基本職責和工作內容，是履行“統一管理流域水資源”“負責流域水資源保護工作”職責的重要手段，是“維護健康長江、促進人水和諧”、做好健康長江代言人的一項重要的長期性基礎工作，也是國家實施最嚴格的水資源管理制度的重要基礎支撐。為進一步創新水環境監測方法，加強水環境監測工作現代化建設，著力解決當前水環境監測工作中存在的問題和不足，改變水環境監測工作相對滯后的不利局面，快速提升水環境監測能力及水平，按照水文局統一部署，在全局范圍內開展水環境監測能力及水平提升工作。

水環境監測中心根據檢測對象（主要是水樣）、實驗室質量管理體系、行業特殊性和復雜性，對LIMS有特殊技術要求[8]。針對水質行業和水環境實驗室的特殊性，開發公司在搭建實驗室信息管理系統前，多次去長江委水文局的7個水環境監測中心進行客戶需求調研設計。根據各中心的實際工作情況和近遠期的管理工作，需要在原有的市場上商品化LIMS進行二次開發[9]。經過一段時間在各中心的試用后，通過實驗室評審后開始正式使用。系統涵蓋采樣管理、檢測流程、資源管理、質控管理以及系統管理等模塊。筆者結合水環境監測實驗室管理要素，重點對圍繞檢測工作的核心模塊做進一步探討。

3 LIMS的功能介紹

3.1 系統管理

此模塊用于建立操作人與系統及內部功能的關聯關系，主要設置基礎的部門、用戶、角色等信息，可單獨為用戶設置權限，也可單獨為角色設置權限。當用戶所屬的角色具有權限時，該用戶也將具有對應的權限。同樣地，可以單獨為部門設置權限。當用戶所屬地部門具有權限時，則該用戶也將具有對應的權限。以筆者所在的漢江水環境監測中心為例，下設三個部門：綜合業務室、質量保證室、監測分析室。中心人員各分屬這三個部門，各個部門的人用自己的賬號登陸系統后，能使用的系統模塊及可讀寫的數據及數據范圍不一樣。在系統初始化之初，實驗室管理人員將每個人分屬的部門、角色權限分組及所賦予功能錄入到系統中一次設定，一般不需要修改。此模塊是LIMS的控制臺，對保證LIMS系統的正常運行具有重要意義。

3.2 采樣管理

采樣管理主要分為兩個模塊：樣品定義和樣品管理。系統開發時，為便于不同檢測項目的監控與管理，將樣品設計為檢測過程的檢索單元來動態反映檢測過程狀態和檢測結果查詢，并賦予其承載檢測類型管理和品牌規格管理的內容。由于不同樣品對應的檢測項目和內容不同，為更好識別、區分和管理這些不同，系統對樣品信息進行結構化處理，以便信息檢索和共享管理。樣品定義是對樣品進行唯一性標識，實驗室根據實際情況建立樣品編號程序。可根據不同部門、樣品種類、樣品來源等進行分類編號。樣品標識具有唯一性，以方便樣品在整個檢測過程中的傳遞和查詢。

樣品是檢測過程的載體，其管理亦是實驗室管理的基礎。樣品管理包括采樣、分瓶、接收、領用、留樣、處理和查詢等模塊。實驗室監測業務以采樣計劃的制定為業務的開始點，主要完成制定登記計劃信息、樣品采集信息、計劃期間每天的檢測樣品（樣品的采樣點）監測項目的設計及采樣人員的安排。根據監測項目分配不同類型的瓶子，區別主要在于樣品瓶的材質、容量、加入固定試劑的不同等。樣品接收人員清點樣品數量、種類和狀態確認無誤后，通知分析人員來領用，并留取水樣以備復檢、仲裁用。對于超過留樣日期需要進行處置的樣品，系統中會記錄處置方式、處置日期等信息。整個采樣全過程會實時動態地處在實驗室管理人員的掌控和監視之內。

3.3 檢測管理

檢測業務過程是整個LIMS系統的核心，包括檢驗分配、分配規則管理、現場和室內分析的結果錄入、校核、審核和報告生成等模塊內容，檢驗過程見圖1。LIMS業務過程信息流轉有序，傳遞敏捷，動態記錄了從檢測請求輸入到最終檢驗報告輸出的整個過程。不同模塊各司其職的同時，可以作為監控工具使用。

樣品檢測過程中，管理人員可通過LIMS系統的任務進度模塊，清晰查看本中心的檢測任務，實時掌握任何一個監測任務的執行情況。可對樣品批次、單個監測任務的化驗進度進行跟蹤，查看檢測結果，瀏覽每個人員的工作痕跡，及時提醒相關人員，保證按時有效地完成各項檢測任務。

樣品檢測過程中，通過LIMS系統統一管理不同類別樣品的評價和檢驗標準方法，避免發生檢驗人員在檢測過程中采用的檢驗方法標準和判定標準不一致和誤用等情況。由于通過LIMS系統實現了實驗樣品全過程的實時監控，還可以詳細記錄實驗過程，所以如果在任何環節中出現失誤都便于追溯。

3.4 質控管理

質控管理主要包括采樣質控計劃和項目質控兩個功能模塊。首先通過將采樣質控計劃即全過程空白和現場平行兩種質控采樣計劃的相關資料輸入系統，依照質控計劃要求進行相應的內質控和外質控，如空白樣、平行樣、樣品加標回收等措施。質量管理人員可通過系統實時檢查、監督、跟進質控措施的實施。質控檢測過程中包含質控要求，檢測時除日常采樣的樣品檢測，還要進行質控樣品的檢測，對檢測項目也包含質控要求。在執行質控措施后，系統會生成質控報告和指控圖，供質量管理人員查詢和利用。質控圖表和相關性分析最大程度反映了質量變化趨勢和相應的不合格項，為單位提供了質量跟蹤依據。系統質控管理實現了對整個水環境監測過程包括采樣、檢測等的質量控制管理，主要包括數據審核、信息溯源和監督控制等手段。

圖1 標準檢測業務過程圖

4 LIMS在水環境監測管理中的應用必要性

提升長江水質監測能力和水平，為水資源管理和保護保駕護航。隨著長江經濟帶的快速發展，社會各界對水環境惡化問題越來越重視。突發水污染事件頻發，水環境監測中心背負的監測任務越來越重。監測頻次、監測斷面、樣品數量和分析項目等有增無減，對水質監測工作提出了更高標準。另外，業務的不斷擴大，橫向任務不斷增加，實驗室原有的人員編制有限，兩者矛盾日益突出，原有的工作模式已經無法滿足現有的工作需要。LIMS融合了先進的實驗室管理理念、成熟的規范和方法，運用針對水環境監測特性定制的軟件，改善現有工作的困境，優化工作流程。實現對實驗室監測從樣品管理、前處理、采樣分析和出報告等環節的自動化，可以提高長江水環境監測實驗室的工作效率，改進工作方式，使實驗室的管理工作科學化、規范化、精細化與可控化。監測資料和信息能及時有效地在各個環節順暢流通，增強信息、資料的時效性和可用性，為長江水資源管理和保護提供保障[10]。

減少檢測過程各環節的資源浪費和人為誤差，提高工作的效率和準確性。長江委局機關及下屬7個水環境監測中心的業務流程包含以下幾個方面：制定采樣計劃、樣品采集、流轉、驗收、領用、處置、檢測任務下達及分配、檢測數據結果的錄入、校核、審核、檢測報告的輸出、質控統計、程序文件的執行和維護、儀器設備的檢定、試劑、樣品、標準物質、標準溶液的領用、儀器設備使用記錄、維護記錄、實驗室環境監控記錄等工作，都需要人工謄寫，數據錄入分析計算更是容易出錯，造成檢驗結果的不準確，且數據的可溯性很差，甚至沒有辦法溯源。傳統的管理模式弊端明顯，誤差大，效率低，不可控因素較多，造成了實驗室的資源（人力、物力）浪費。LIMS可以實現整個監測流程的無紙化，大大減少了管理人員和分析人員的工作量，降低了人工成本，減少了出錯機率。電子化、自動化的信息流通改變了過去數據的匯總，結果的通報均需紙質資料的單一傳遞方式，提高了工作效率。

滿足實驗室資質認定的需求，提高了水環境監測的質量水平，促進了水環境監測工作的長足發展。國家相關部門將實驗室信息管理系統的建設程度作為實驗室資質認定的重要參考項目，因此為了水環境監測工作的長足發展，必須參考遵照國家的有關規定，建立配套的實驗室信息管理系統，且系統運行需符合實驗室質量管理體系。引入LIMS系統后，可以對影響實驗室質量的諸要素如人員、樣品、標準、試劑、儀器、環境等進行全面控制和管理，將數理統計方法運用到過程質量控制中，分析質控樣品的數據，生成實驗質控、結果質控表和相關性分析等。管理人員可以從質量控制圖和趨勢圖分析產品的質量變化趨勢，及時發現潛在的不合格項。

5 LIMS的使用現狀

LIMS經過1年在水環境監測中心的運行實施，開啟了中心水質監測業務流程無紙化、信息化的第一步，初步實現了質量管理的要求。但式，在運行期間對系統的運行、維護、人員配備等情況逐步了解后，發現LIMS還有不少地方需要進一步改進完善。例如，通知提醒功能、系統流程與生產流程的匹配度方面、報告報表、檢測管理等功能需要進一步開發。當前處于LIMS實施的初期，復雜而瑣碎，需求設計還不到位，中心處于傳統手工模式和LIMS電子化信息系統雙軌運行階段，加大了實驗室人員的工作負擔，LIMS沒有發揮其理想的作用。LIMS管理內容涉及實驗室的方方面面，系統建設工作往往難以一步到位[11]。現階段與檢測工作直接相關的核心功能的使用，已經讓中心看到了未來全面無紙化、信息化的曙光。中心計劃采用循序漸進的策略，使用人員逐步了解、逐步掌握，繼續向開發公司溝通遇到的實際問題，以期助力于中心監測中心業務發展，提升實驗室管理水平，更好地服務水環境事業發展。

6 結 論

相對于傳統實驗室管理方法，LIMS作為現代的實驗室管理工具，它的應用給水環境監測實驗室帶來了許多概念和形式上的變革。該系統將實驗室的業務流轉、一切資源以及行政管理等，以合理方式進行統一管理，實現了監測任務的在線下達，監測進度的在線管理，監測數據的自動采集、傳輸和存儲，實現了信息共享，支持各類報表的自動生成，提高了實驗室檢測工作的效率，降低了實驗室運行成本，且支持快速溯源和痕跡獲取。因為當前系統在水環境監測實驗室使用時間不長，存在局促性，相信經過不斷改進，其技術在水環境監測實驗室中深入應用是必然的發展趨勢。