儀器數(shù)據(jù)采集功能在環(huán)境監(jiān)測LIMS中的應(yīng)用——以上海市寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站為例

施驍俊

(上海市寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 寶山 201901 )

實驗室信息管理系統(tǒng)(簡稱LIMS)，在充分融合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代管理思想的基礎(chǔ)上，以實驗室為中心，將實驗室的業(yè)務(wù)流程、環(huán)境、人員、儀器設(shè)備、標(biāo)物標(biāo)液、化學(xué)試劑、標(biāo)準(zhǔn)方法等等因素有機結(jié)合，來實現(xiàn)實驗室自動化運行、信息化管理和無紙化辦公的目的[1]。儀器數(shù)據(jù)自動采集是LIMS核心的功能之一，通過儀器數(shù)據(jù)的自動采集，減少人為錄入過程中產(chǎn)生的差錯率，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。本文將探討不同類型的儀器數(shù)據(jù)采集功能在LIMS中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點，并結(jié)合寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站儀器數(shù)據(jù)采集功能的實際應(yīng)用，淺析譜圖采集的原理及實際應(yīng)用中的相關(guān)注意事項。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入

隨著環(huán)境監(jiān)測工作量的日益增加，實驗室人員在分析完樣品后，分析人員也將面臨如何將大量分析結(jié)果快速錄入LIMS的難題。傳統(tǒng)錄入數(shù)據(jù)的方式為手工錄入，即將樣品分析數(shù)據(jù)逐一人工錄入系統(tǒng)，此操作方法繁瑣且效率低；此外錄入方式為借助數(shù)據(jù)模板，即導(dǎo)出數(shù)據(jù)模板將數(shù)據(jù)填入后導(dǎo)入系統(tǒng)；系統(tǒng)交叉表錄入或是一批樣品中有些分析項的數(shù)據(jù)相同，可利用批錄入的方式統(tǒng)一錄入。雖然借助數(shù)據(jù)模板較手工錄入有所進步，但主要錄入方式還是需要手工輸入數(shù)據(jù)，工作效率未得到實質(zhì)性的提升。當(dāng)測試項目是通過儀器分析得到結(jié)果的，可通過儀器采集的方式自動采集數(shù)據(jù)，無需人工錄入數(shù)據(jù)，大大提高了工作效率，減少人為因素的出錯率，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]。

2 儀器采集實現(xiàn)方式

2.1 串口采集

串口采集主要應(yīng)用于電子天平，pH計等有著標(biāo)準(zhǔn)R232接口的設(shè)備并遵循標(biāo)準(zhǔn)RS-232協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。串口采集由于是點對點的通訊，可實現(xiàn)真正的實時連接，有效保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。但串口采集在實驗室中并未得到廣泛應(yīng)用，原因有以下兩點：第一隨著儀器的更新?lián)Q代，很少儀器還配置R232接口，串口采集應(yīng)用范圍縮?。坏诙?，由于串口通信按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)，所以LIMS需要設(shè)置解碼規(guī)則將信息轉(zhuǎn)換為實際的數(shù)據(jù)，這也增加了成本[3]。

2.2 CDS采集

CDS--色譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了色譜分析過程的完全自動化。CDS的色譜數(shù)據(jù)處理功能包括定量計算，保存色譜運行過程及譜圖再處理所產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)和其他信息，及儀器數(shù)據(jù)采集。CDS從LIMS中獲取待分析的樣品，經(jīng)分析后再將樣品的分析結(jié)果發(fā)送回LIMS，從而實現(xiàn)儀器采集功能。從軟件分類上來講，LIMS屬于管理型軟件，而CDS更類似于工具性軟件。LIMS與CDS的整合使用，不僅能提升儀器采集的效率，更能提升實驗室自動化水平。但前期投入較大，不僅需要開發(fā)CDS相關(guān)功能，還要實現(xiàn)LIMS與CDS兩者端口的對接，若沒有預(yù)留接口，二次開發(fā)的成本及難度都較大。此外，CDS是以色譜儀器為主，對于監(jiān)測站實驗室實際儀器配置，只為儀器采集而開發(fā)該系統(tǒng)性價比不高。

2.3 譜圖采集

實驗室儀器分析結(jié)果一般會以不同格式的譜圖或是列表在本地工作站中呈現(xiàn)。譜圖采集則將儀器分析的原始文件通過系統(tǒng)解析為字符串，再由系統(tǒng)讀取所需要的數(shù)據(jù)。譜圖采集能提高數(shù)據(jù)錄入效率，而且不需要二次開發(fā)或結(jié)合其他應(yīng)用軟件，只需通過編寫腳本代碼便可解析及讀取儀器譜圖中的數(shù)據(jù)。不足之處在于，對于儀器的譜圖格式要求相對較高，需儀器工作站將分析數(shù)據(jù)另存為可由系統(tǒng)識別轉(zhuǎn)換的文件格式(txt，PDF，word或excel)[4]。另外，可被采集到的數(shù)據(jù)信息完全受制于儀器工作站本身的導(dǎo)出文件內(nèi)容，并不是每個儀器的數(shù)據(jù)文件都適用于譜圖采集。因此，該儀器采集方式暫不具備通用性。

3 儀器采集的實際應(yīng)用

3.1 譜圖采集具體應(yīng)用

寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站基于實際應(yīng)用中對于便捷性及經(jīng)濟性的要求，采用譜圖采集的方式進行儀器數(shù)據(jù)采集。

儀器通過PDF虛擬打印機以PDF格式導(dǎo)出文件，再通過LIMS采集到應(yīng)用服務(wù)器上，并將PDF文件解析成LIMS能夠識別的txt文件。最后，通過每臺儀器的DCU腳本讀取txt文本中所需要的數(shù)據(jù)提取到LIMS系統(tǒng)中進行自動錄入。儀器通過本地計算機導(dǎo)出分析數(shù)據(jù)的文件(見圖1與圖2)，服務(wù)器根據(jù)腳本程序讀取指定數(shù)據(jù)，如圖1中非甲烷的峰面積，含量及圖2中的總氮結(jié)果，并將數(shù)據(jù)自動錄入LIMS。

圖1 氣相色譜分析儀分析數(shù)據(jù)

圖2 總有機碳測試儀分析數(shù)據(jù)

同時，LIMS需要根據(jù)不同實驗室儀器設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如DCU采集方法，采集文件路徑，保存文件路徑，備份文件路徑以及對照表，詳見圖3。

圖3 總有機碳測試儀DCU配置

3.2 譜圖采集注意事項

第一，LIMS采集儀器設(shè)置時應(yīng)注意文件服務(wù)器地址以及各文件路徑是否指向正確。其次對照表中LIMS測試名稱應(yīng)與儀器采集文件中的分析項目名稱相對應(yīng)，否則無法正確獲取數(shù)據(jù)。例如，圖(2)為總有機碳測試儀導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件，在儀器采集文件中分析項名為TN，那么在LIMS中總氮分析項所對應(yīng)的分析項目的名稱就應(yīng)該為TN，可見圖(3)相關(guān)配置，這樣才能讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

第二，適當(dāng)調(diào)整儀器導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件的排版格式。譜圖采集的DCU腳本程序是根據(jù)采集文件的排版格式編寫。如圖(2)，總氮結(jié)果實際為表格第七列，但之前兩列寬度過小，可能會使得系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)時出現(xiàn)錯誤，而誤將第9列的“完成”錄入系統(tǒng)。

第三，儀器采集是通過服務(wù)器將文件解析成LIMS能夠識別的txt文件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)文件無法采集時，應(yīng)查看服務(wù)器對應(yīng)文件解析的服務(wù)是否正常啟用，一般情況可通過重啟采集應(yīng)用服務(wù)來解決此類問題。

4 結(jié)語

由此可見，無論是在處理速度還是準(zhǔn)確性上，通過儀器自動采集功能來進行數(shù)據(jù)錄入工作都有著非常明顯的優(yōu)勢。隨著環(huán)境監(jiān)測工作量的增加，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入方式必將不適用，而儀器自動采集是未來實驗室自動化的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段LIMS儀器采集功能雖然還存在些許問題，但隨著LIMS技術(shù)的發(fā)展以及儀器廠商逐漸重視與LIMS功能兼容，未來LIMS儀器自動采集功能定會逐漸完善。