实验室管理信息系统在海洋环境监测工作中的应用

郑琳，周春莹， 袁媛 ，谢利

(1.国家海洋局北海环境监测中心 青岛 266033； 2.国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室 青岛 266033)



实验室管理信息系统在海洋环境监测工作中的应用

郑琳1,2，周春莹1,2， 袁媛1,2，谢利1,2

(1.国家海洋局北海环境监测中心 青岛 266033； 2.国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室 青岛 266033)

文章介绍了北海环境监测中心实验室管理信息系统(LIMS)的实施与运行情况，并根据运行经验探讨了实验室管理信息系统对海洋环境监测工作的促进作用及其存在的问题。

实验室管理信息系统；海洋监测；质量管理

海洋环境监测工作是海洋环境管理中最为重要的基础工作，监测工作的质量和效率直接影响到海洋环境管理决策的科学性和有效性。长期以来由于监测基础工作缺少信息化手段，监测基础信息的产生、处理、传输均采用人工、纸质件方式，导致了工作效率低、数据质量差、管理问题多。实验室信息管理系统(Laboratory Information Management System， LIMS)是将现代管理思想与计算机数据处理与存储技术、网络传输技术、自动化仪器分析技术有机结合为一体，用于实验室业务管理和控制的系统。它可以为实验室的高效和科学运作以及信息的保存、交流和加工提供平台，并可对实验工作的各个环节进行定量化的质量管理，以达到提高实验室工作效率、工作水平、数据质量和降低成本的目的。经过严格质量认证的LIMS的应用，可保证实验室的质量体系在严格控制下运行，从而使实验室的最终产品即所有的监测和管理数据、信息均符合相关的质量标准和规范[1—3]。LIMS目前主要应用在医疗、环境、质检等行业。

国家海洋局北海环境监测中心(以下简称：北海监测中心)是承担北海区近、远海海洋环境监测的主要监测机构。为提高监测业务信息化，提升综合监测能力和分析水平，于2010年启动了实验室信息管理系统实施工作。本研究探讨实验室信息管理系统在海洋监测业务中的实施运用及其对海洋监测业务、质量管理的促进作用。

1 LIMS实施计划

LIMS实施过程中，采取了根据需求统一设计、分块实施、逐步推进的工作原则。① 进行了详细地需求调研：了解Lims系统的业务流程及技术特点、已实施Lims系统的监测机构的实施过程和存在的问题。② 将目前的监测业务、管理流程与系统流程进行了分析研究，对不规范的业务流程进行了优化。③ 在系统实施前明确了系统运行的目标与技术环节，并且制订了分阶段实施计划，确定了各个阶段的实施范围。在此基础上与系统研发公司共同完了成需求设计。④ 系统实施过程中采用循序渐进、逐步改进、责任到人的方式。在整体项目实施过程中，尽量缩短初始化的时间、延迟试运行时间，对于出现的问题及时进行改进。⑤ 配备专业技术团队，包括熟悉业务流程和软件设计的人员，并在系统实施前对人员进行岗位培训，使实施人员认识到了实验室管理信息化的重要性，以逐步适应新的工作模式。

经过4年的调整与优化，已实现了海洋断面监测、海洋趋势性监测、海洋生物多样性监测等10余项监测任务，水文气象、水质、沉积物、生物等监测领域内99个检测项目的LIMS信息化平台运行。

2 LIMS系统架构和功能设计

根据监测业务流程和管理要求，LIMS设计围绕4个目标构建：① 有效利用人力和设备资源，减轻工作人员压力；② 规范实验室业务流程，加强工作过程监管，使管理体系运行更趋规范；③ 数据自动采集、安全、集中式存储和共享，提高数据准确性、时效性和可溯源性；④ 自动计算、报表自动生成。

LIMS功能设计主要包括实验室管理和业务流程控制。其中实验室管理包括仪器设备、人员、材料、客户等管理功能。业务流程控制包括采样管理、样品管理、实验室分析管理、数据管理、报表管理、质量管理等功能。

2.1 系统架构

系统采用C/S架构研发；数据库采用 Microsoft SQL Server 2008；服务器端为 Windows Server 2003操作系统；客户端操作系统为Windows XP SP3或者更高版本。通过局域网、数据库服务器、终端PC、各类分析仪器和监控设备、路由器、安全隔离系统等软硬件运行环境构成LIMS系统网络(图1)。

图1 系统架构

2.2 功能模块

系统功能模块包括任务管理、采样管理、样品管理、电子数据传输、质量控制、文档管理、仪器设备管理、物料管理、试剂制备管理、工作量统计管理、数据综合查询共11个功能模块。

3 LIMS运行情况

3.1 人员、仪器设备、监测方法的管理

LIMS建立之初，对监测人员持证项目、仪器设备检定校准、计量认证项目等基础条件进行确认，对人员所属科室、工作角色等予以划分。

3.2 工作流程管理

依据海洋监测业务流程，LIMS运行流程如图2所示。

图2 系统运行流程

(1)任务下达。由任务书编制人员在LIMS中下达任务，填写监测任务名称、站位经纬度、监测时间、监测项目及其方法等相关信息，LIMS自动生成监测任务编号。

只有管理层理解了内部控制的重要意义，才能为单位各部门和全体员工做好表率作用，认真对待行政事业单位的内部控制建设工作，加大建设的投入并且严格遵守内部控制管理制度中的各项规章，逐渐将内部控制意识从管理层渗透到单位员工层面。为了使内部控制的意识深入到员工内部，行政事业单位需要定期举办相关的团建活动和知识讲座，通过培训来强化内部控制在行政事业单位工作中的重要性，并向员工严格明确内部控制制度的权威性。行政事业单位应该通过管理层指导各部门、各部门监督员工落实的方式不断完善内部控制体系，同时强化全体员工的工作思维模式。

(2)海上外业监测。由外业领队到达采样站位后组织相关人员在LIMS内输入采样时间、采样人、站位经纬度等、水文气象、沉积物、水质、生物等采样信息，并完成样品瓶的编码打印工作。

(3)样品交接。由样品交接人员通过条码扫描枪扫描样品编码、签署的方式完成样品从外业到各分析实验室的交接。交接完成后LIMS流程进入测试分析环节。

(4)分析测试。由分析测试人员将分析测试结果直接录入LIMS内，其中营养盐自动分析仪、原子荧光光度仪、电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS等大型分析测试仪器的结果文件可以由LIMS直接读取。

(5)数据审核及提交。数据三级审核均在LIMS内在线审核，审核后数据可以通过相关接口进入数据库或直接打印成纸质文件归档。

(6)质量管理。由质控人员进行平行样、内控样、加标样等各类质控样的添加，并实现平行样相对偏差、回收率等评估计算。

(7)实验室管理。文档管理、仪器设备管理、物料管理、试剂制备管理模块实现分析测试工作的文档类文件、仪器设备、试剂药品等信息记录和管理。工作量统计管理、数据综合查询实现对整个任务的信息查询、工作量统计。

4 LIMS运行效果

通过LIMS的实施，给北海监测中心的监测业务管理和实验室管理带来了很大的变化，主要体现在以下几方面。

监测业务工作需要涉及不同的部门、人员，传统监测业务流程缺少统一信息平台，各环节业务操作均独立开展，相互间的衔接均需要人员面对面交接，因此共享信息的传递时效性差。同时，监测工作中的采样信息、样品信息、数据结果信息均为手工录入、纸质介质传递，各环节均需要大量的人力，工作内容重复。在主要以人工完成的业务流程中，如果沟通不及时就会造成信息链传递断开，造成信息出错，同时工作效率、质量较低。

通过LIMS信息平台将海洋监测的任务下发、样品采集、样品交接、实验室分析、数据审核与提交的业务环节有效地进行了衔接，信息共享程度高，人工工作量减少、环节优化、出错率减少，工作效率大幅提高。其优势主要表现在：① 外业监测中对于多个任务书作业，在系统内实现不同任务中相同站位相关信息的自动匹配，减少人工工作量，减少出错率。② 样品管理中样品编号自动生成，信息采用唯一性可自动识别条形码，交接借助扫码枪自动交接，样品管理规范、高效，漏样、缺样等问题能及时发现、及时处理。③ 监测任务执行中站位、样品等相关信息的共享与传递，大型仪器分析结果可以自动导入，减少了人为环节，提高了监测数据质量。④ 现场分析与实验室分析记录、工作曲线及总报表均能实时生成，解决了繁重的人工抄表工作，提高了数据时效性；系统内置分析计算与审核设置能自动校核或审核，少了出错率、提高了工作效率。

4.2 监测过程可全程溯源、提高了质量管理水平

海洋监测质量管理工作需要对完整的海洋监测业务流程环节进行跟踪、检查，数据结果有异常时需要整个链条能及时进行溯源。由于传统监测业务流程以人工为主，各环节需要人工衔接，因此，给质量管理工作带来很大的困难。在海洋监测业务量快速发展的形式下，人对人形式的监督检查根本无法达到质量管理目标，不仅时效性差，而且由于人员不到位，管理环节也容易缺失，从而无法满足现在的海洋管理需求。

通过LIMS建立起的快速高效的质量监督信息化平台，将监测业务全程纳入统一的信息平台中，各监测环节均有记录，各环节信息均能实时录入、实时审核、实时追溯，数据质量可以全程溯源。真正实现了借助信息化监控体系实现质量管理的信息化。

4.3 满足不同管理者的需求，管理高效、便捷

通过LIMS对检测项目、样品数量、工作状态、任务量等情况可以实时进行统计、查询，方便了不同管理者的管理需求，监测管理更高效、便捷。同时，在LIMS中海洋监测数据结果能借助网络、卫星等实现数据的异地高效传输，数据及时传输入库分析，提高了监测产品的时效性，有力地支撑了管理决策的制定。

5 存在的问题

目前国内LIMS在海洋环境监测系统应用较少，主要原因是LIMS产生于某一特定的、单一功能的分析实验室，这些实验室客户单一、数据类别单一且固定，数据产生的场所绝大部分在实验室内部，而海洋监测系统的业务流程和管理模式与单一实验室相比，差异较大。客户或任务来源范围广、数据类别包括海水、淡水、沉积物、生物、大气等多种类别；数据产生在海上或室外场所[4-6]。在系统运行中，我们发现了LIMS在海洋监测领域中需要解决的一些问题。

5.1 LIMS适用范围直接影响到系统实施的效果

LIMS不是万能的，并不是实验室所有工作都是LIMS的管理对象。① LIMS是一个软件管理系统，工作流程不清晰、不规范的业务将影响到系统设计和使用。② 由于LIMS流程的固定化，对于经常需要变动、灵活性较大的业务环节无法提高工作效率，反而会影响工作进程。③ 自动化程度不够高的实验室，将导致LIMS实施不畅，尤其是主体由人工分析的工作并不是LIMS的优势，运行后工作效率反而会有所降低。对于特殊流程，LIMS需要研发新的模块以满足不同的需求。

5.2 LIMS数据采集功能未完善

目前国内的LIMS与仪器设备的对接技术还有待提高，LIMS对于色谱、质谱、原子吸收、电感耦合等离子体质谱仪等大型仪器上的原始数据，仅仅采集其工作站导出文件(txt，csv，xls等)中的结果，而不能实现仪器与LIMS的双向通信。同时，LIMS系统对于海洋环境监测中海洋沉积物分析、海洋生物分析、放射性分析的专用仪器设备如激光粒度仪、流式细胞仪、γ剂量率仪等还无法实现对接。

5.3 LIMS与海洋监测业务流程的适应性需要进一步完善

LIMS设计是基于委托检测的任务设计的，因此系统对于确定的分析方法、确定的分析仪器的检测任务有优势。而实验室检测只是海洋监测的一部分工作，同时环境监测任务又有介质多样、项目多样的特殊性。因此，海洋监测对应的检测有许多不确定性，需要根据检测结果进行多次检测或调整。这些业务、管理流程与LIMS固有的流程不兼容，LIMS的固定化流程就无法满足业务需求。

6 结束语

实验室管理信息系统(LIMS)作为现代的实验室管理工具，将海洋监测的业务环节纳入信息化体系，解决了传统手工作业中存在的问题，实现了监测业务信息化、动态化、自动化、规范化管理。当前，我国的海洋环境保护工作进入了一个新的历史时期，海洋环境监测事业发展迅速，在新形势下，LIMS必将成为促使中国海洋环境监测实验室管理水平提升、与市场竞争机制接轨、与国际惯例接轨、与科学化管理体系接轨的重要手段和工具。

[1] 王劲东. Lims系统发展历史及在环境监测站的作用[J].内蒙古环境科学，2008，20(4)：90-93．

[2] 武敬，杨建华. 实验室信息管理系统(LIMS)初探[J].资源环境与工程，2004，18(3)：68-73．

[3] 陈佩君. 实验室信息管理系统(LIMS)在水产品质量安全检测中的应用初探[J].福建水产，2012，34(3)：249-253．

[4] 邓爱萍. 环境监测LIMS系统建设中的问题剖析[J].环境科学与管理，2010，35(3)：103-105．

[5] 汤立，郦伟. 实验室信息管理系统(LIMS)在环境监测系统的应用探讨[J].江苏环境科技，2007，20(2)：69-71.

[6] 杨仲伟. 浅议实验室管理系统(LIMS)在环境监测中的应用[J].甘肃科技，2012，28(3)：57-58．

2009年度海洋公益性行业科研专项资助项目(200905007-2).

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1005-9857(2015)04-0082-04