實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）在水環(huán)境監(jiān)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(tǒng)（Laboratory Information Management System，LIMS）是實驗室信息管理的一個平臺，將網(wǎng)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(xiàn)以實驗室為中心，對檢測數(shù)據(jù)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(xiàn)代實驗室綜合管理的一種理念、技術、方法、產(chǎn)品和整體解決方案，是提高實驗室管理效率規(guī)范性和系統(tǒng)性的有效工具[2-5]。通過LIMS系統(tǒng)，可以達到無紙化辦公、信息化管理、自動化運行和協(xié)調(diào)實驗室資源的量化管理目的，是提高實驗室專業(yè)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(tǒng)，在西方發(fā)達國家的實驗室已經(jīng)走過了20多年的發(fā)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(yè)。隨著IT技術的迅猛發(fā)展，LIMS系統(tǒng)日趨成熟和功能強大。許多西方學者直言，沒有LIMS系統(tǒng)的實驗室是不合格的實驗室。他山之石可以攻玉。在國內(nèi)，專業(yè)的LIMS開發(fā)公司也如雨后春筍般出現(xiàn)。他們在吸收國外的先進經(jīng)驗后，根據(jù)我國各行各業(yè)的實際情況，建成了具有中國特色的現(xiàn)代實驗室信息管理系統(tǒng)。

2 開發(fā)背景

水環(huán)境監(jiān)測是長江委水文局的一項基本職責和工作內(nèi)容，是履行“統(tǒng)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(chuàng)新水環(huán)境監(jiān)測方法，加強水環(huán)境監(jiān)測工作現(xiàn)代化建設，著力解決當前水環(huán)境監(jiān)測工作中存在的問題和不足，改變水環(huán)境監(jiān)測工作相對滯后的不利局面，快速提升水環(huán)境監(jiān)測能力及水平，按照水文局統(tǒng)一部署，在全局范圍內(nèi)開展水環(huán)境監(jiān)測能力及水平提升工作。

水環(huán)境監(jiān)測中心根據(jù)檢測對象（主要是水樣）、實驗室質(zhì)量管理體系、行業(yè)特殊性和復雜性，對LIMS有特殊技術要求[8]。針對水質(zhì)行業(yè)和水環(huán)境實驗室的特殊性，開發(fā)公司在搭建實驗室信息管理系統(tǒng)前，多次去長江委水文局的7個水環(huán)境監(jiān)測中心進行客戶需求調(diào)研設計。根據(jù)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(fā)[9]。經(jīng)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(tǒng)涵蓋采樣管理、檢測流程、資源管理、質(zhì)控管理以及系統(tǒng)管理等模塊。筆者結合水環(huán)境監(jiān)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(tǒng)管理

此模塊用于建立操作人與系統(tǒng)及內(nèi)部功能的關聯(lián)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(huán)境監(jiān)測中心為例，下設三個部門：綜合業(yè)務室、質(zhì)量保證室、監(jiān)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(tǒng)后，能使用的系統(tǒng)模塊及可讀寫的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)范圍不一樣。在系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)開發(fā)時，為便于不同檢測項目的監(jiān)控與管理，將樣品設計為檢測過程的檢索單元來動態(tài)反映檢測過程狀態(tài)和檢測結果查詢，并賦予其承載檢測類型管理和品牌規(guī)格管理的內(nèi)容。由于不同樣品對應的檢測項目和內(nèi)容不同，為更好識別、區(qū)分和管理這些不同，系統(tǒng)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(jù)實際情況建立樣品編號程序。可根據(jù)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(jiān)測業(yè)務以采樣計劃的制定為業(yè)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(jiān)測項目的設計及采樣人員的安排。根據(jù)監(jiān)測項目分配不同類型的瓶子，區(qū)別主要在于樣品瓶的材質(zhì)、容量、加入固定試劑的不同等。樣品接收人員清點樣品數(shù)量、種類和狀態(tài)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(tǒng)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(tài)地處在實驗室管理人員的掌控和監(jiān)視之內(nèi)。

3.3 檢測管理

檢測業(yè)務過程是整個LIMS系統(tǒng)的核心，包括檢驗分配、分配規(guī)則管理、現(xiàn)場和室內(nèi)分析的結果錄入、校核、審核和報告生成等模塊內(nèi)容，檢驗過程見圖1。LIMS業(yè)務過程信息流轉(zhuǎn)有序，傳遞敏捷，動態(tài)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(jiān)控工具使用。

樣品檢測過程中，管理人員可通過LIMS系統(tǒng)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(jiān)測任務的執(zhí)行情況?？蓪悠放?、單個監(jiān)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(tǒng)統(tǒng)一管理不同類別樣品的評價和檢驗標準方法，避免發(fā)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(tǒng)實現(xiàn)了實驗樣品全過程的實時監(jiān)控，還可以詳細記錄實驗過程，所以如果在任何環(huán)節(jié)中出現(xiàn)失誤都便于追溯。

3.4 質(zhì)控管理

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

圖1 標準檢測業(yè)務過程圖

4 LIMS在水環(huán)境監(jiān)測管理中的應用必要性

提升長江水質(zhì)監(jiān)測能力和水平，為水資源管理和保護保駕護航。隨著長江經(jīng)濟帶的快速發(fā)展，社會各界對水環(huán)境惡化問題越來越重視。突發(fā)水污染事件頻發(fā)，水環(huán)境監(jiān)測中心背負的監(jiān)測任務越來越重。監(jiān)測頻次、監(jiān)測斷面、樣品數(shù)量和分析項目等有增無減，對水質(zhì)監(jiān)測工作提出了更高標準。另外，業(yè)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(jīng)無法滿足現(xiàn)有的工作需要。LIMS融合了先進的實驗室管理理念、成熟的規(guī)范和方法，運用針對水環(huán)境監(jiān)測特性定制的軟件，改善現(xiàn)有工作的困境，優(yōu)化工作流程。實現(xiàn)對實驗室監(jiān)測從樣品管理、前處理、采樣分析和出報告等環(huán)節(jié)的自動化，可以提高長江水環(huán)境監(jiān)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(guī)范化、精細化與可控化。監(jiān)測資料和信息能及時有效地在各個環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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(huán)境監(jiān)測中心的業(yè)務流程包含以下幾個方面：制定采樣計劃、樣品采集、流轉(zhuǎn)、驗收、領用、處置、檢測任務下達及分配、檢測數(shù)據(jù)結果的錄入、校核、審核、檢測報告的輸出、質(zhì)控統(tǒng)計、程序文件的執(zhí)行和維護、儀器設備的檢定、試劑、樣品、標準物質(zhì)、標準溶液的領用、儀器設備使用記錄、維護記錄、實驗室環(huán)境監(jiān)控記錄等工作，都需要人工謄寫，數(shù)據(jù)錄入分析計算更是容易出錯，造成檢驗結果的不準確，且數(shù)據(jù)的可溯性很差，甚至沒有辦法溯源。傳統(tǒng)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(xiàn)整個監(jiān)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(shù)據(jù)的匯總，結果的通報均需紙質(zhì)資料的單一傳遞方式，提高了工作效率。

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

5 LIMS的使用現(xiàn)狀

LIMS經(jīng)過1年在水環(huán)境監(jiān)測中心的運行實施，開啟了中心水質(zhì)監(jiān)測業(yè)務流程無紙化、信息化的第一步，初步實現(xiàn)了質(zhì)量管理的要求。但式，在運行期間對系統(tǒng)的運行、維護、人員配備等情況逐步了解后，發(fā)現(xiàn)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(tǒng)流程與生產(chǎn)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(fā)。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(tǒng)手工模式和LIMS電子化信息系統(tǒng)雙軌運行階段，加大了實驗室人員的工作負擔，LIMS沒有發(fā)揮其理想的作用。LIMS管理內(nèi)容涉及實驗室的方方面面，系統(tǒng)建設工作往往難以一步到位[11]?，F(xiàn)階段與檢測工作直接相關的核心功能的使用，已經(jīng)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(xù)向開發(fā)公司溝通遇到的實際問題，以期助力于中心監(jiān)測中心業(yè)務發(fā)展，提升實驗室管理水平，更好地服務水環(huán)境事業(yè)發(fā)展。

6 結 論

相對于傳統(tǒng)實驗室管理方法，LIMS作為現(xiàn)代的實驗室管理工具，它的應用給水環(huán)境監(jiān)測實驗室?guī)砹嗽S多概念和形式上的變革。該系統(tǒng)將實驗室的業(yè)務流轉(zhuǎn)、一切資源以及行政管理等，以合理方式進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了監(jiān)測任務的在線下達，監(jiān)測進度的在線管理，監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸和存儲，實現(xiàn)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(tǒng)在水環(huán)境監(jiān)測實驗室使用時間不長，存在局促性，相信經(jīng)過不斷改進，其技術在水環(huán)境監(jiān)測實驗室中深入應用是必然的發(fā)展趨勢。