實驗室信息管理系統在海洋環境監測中的應用

趙仕蘭，孫禾琳，丁麗，姚子偉

（國家海洋環境監測中心 大連 116023）

實驗室信息管理系統在海洋環境監測中的應用

趙仕蘭，孫禾琳，丁麗，姚子偉

（國家海洋環境監測中心 大連 116023）

實驗室信息管理系統是提升實驗室運轉效率及質量管理水平、促進監測業務工作與信息規范化接軌的重要手段。目前，我國已開啟實驗室信息化管理的新階段，各類實驗室正大力推廣與建設實驗室信息管理系統。海洋環境監測業務具有其自身特色，因此廣譜性的實驗室信息管理系統無法滿足海洋環境監測實驗室信息管理系統的模塊設置與功能需求。文章綜合分析了我國海洋環境監測業務工作的特點，提出海洋環境監測實驗室信息管理系統的設計需求，特別突出了質量管理與質量控制在實驗室信息管理系統中的功能與設計要求，以期為各級海洋監測機構建設實施實驗室信息管理系統提供參考。

實驗室信息管理系統；海洋監測；質量控制

實驗室信息管理系統（Laboratory Information Manager System，LIMS）是實驗室分析檢測技術、信息技術以及現代管理技術的綜合應用［1］。通過收集、分析檢測過程中的各種信息，實現檢測質量有效控制，以達到規范檢測流程、提高數據可靠性、實現數據共享和提高實驗室管理水平的目的。美國材料與化學協會2013年發布了實驗室信息化標準指南［2］，詳細規定了實驗室信息管理系統構建的基本原則和流程。我國的實驗室信息管理系統應用相對滯后，隨著計算機技術與儀器分析技術的不斷發展，實驗室信息管理需求日漸凸顯，LIMS也隨之進入發展新階段，并在檢驗檢疫［3］、疾病控制［4］、環境監測［5－7］等領域均已得到廣泛應用。

2014年國家海洋局印發的《關于做好新形勢下海洋生態環境監測評價工作的若干意見》中明確指出，逐步推進監測機構實驗室管理系統應用，提升質量管理水平。在海洋環境領域，已有國家海洋環境監測中心、國家海洋技術中心［8］、國家海洋局東海環境監測中心［9］和北海環境監測中心實施LIMS建設與應用，另有部分監測機構正在建設或計劃建設LIMS。本文通過總結我國海洋環境監測實驗室的管理現狀和存在問題，從質量管理與質量控制角度提出海洋環境監測領域LIMS建設需求、模塊設置的相關建議，以期為各級海洋監測機構建設實施LIMS提供參考。

1 LIMS的定義

LIMS是專門為分析化驗室或實驗室設計的信息管理系統，通過計算機網絡將實驗室的分析儀器連接起來，通過建立以化驗室或實驗室為中心的分布式管理體系，根據科學的管理理論和計算機數據庫技術，以樣品分析數據的采集、錄入、處理、檢查、判定、存儲、傳輸、共享、報告發布以及業務工作流程管理為核心，建立完善的質量保證體系，實現檢驗數據網絡化共享、無紙化記錄與辦公、資源與成本管理、人員量化考核，為實驗室管理水平的整體提高提供先進的技術支持。同時，經過嚴格質量認證的LIMS系統的應用，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檢測、管理數據、信息均符合相關的質量標準或規范［10］。

2 當前海洋環境監測實驗室管理模式存在的問題

海洋環境監測實驗室肩負著樣品采集、樣品分析、數據采集、數據分析的重任，越來越高的監測要求對海洋環境監測實驗室的工作，在樣品數量、監測頻次、分析項目和數據準確性等方面都提出了更高的標準，現有的實驗室人工管理模式已無法適應海洋環境監測工作的需要，存在的主要問題包括：

（1）樣品標簽混亂。現有實驗室樣品標簽無論是海上現場采集樣品還是實驗室接收樣品，都是手工填寫樣品標簽后粘貼在樣品瓶上，一方面，現場采樣時受海水浸泡或沖刷影響，樣品標簽易掉，樣品編號易變得模糊不清；另一方面，樣品瓶重復使用時樣品編號易混淆。

（2）樣品流轉過程不夠清晰明了，容易造成樣品遺失，監測項目重復測定或漏測。現有實驗室樣品無論是海上現場采集樣品還是外部委托測試樣品，其流轉方式都是靠人工通知各監測項目分析人員，缺少對分析人員流轉樣品的監督與管理。

（3）各級監測機構的監測數據往往由分析人員通過原始記錄本來記錄，數據大都通過手工方式進行統計分析，然后再由本單位的信息管理人員錄入電腦，需要大量的人力資源，費時、費力，而且容易出現錄入錯誤，或隨意更改數據等。

（4）實驗室資源管理不夠規范。相關試劑與耗材等管理混亂，容易造成試劑與耗材等出入庫無登記，對試劑及耗材的庫存量及存放地點等缺乏嚴格管理。

（5）質量控制意識薄弱。部分監測人員尚未建立起完善的質量控制意識，存在漏采現場空白樣、現場平行樣或現場加標樣的情況，或者實驗室分析時未嚴格按照標準方法要求執行，數據表達方式不盡合理等情形，導致當監測數據存在問題時，無法追溯整個監測過程，無法實現數據的有效溯源。

3 海洋環境監測實驗室信息管理系統需求

海洋環境監測信息管理系統的建設是提高實驗室質量管理和質量控制水平的重要手段。分析水平的提高對實驗室質量管理和質量控制提出了更高的要求，目前大部分海洋監測實驗室已獲得了國家計量認證資質，部分實驗室正在或即將申請國家實驗室認可評審。因此，提高實驗室管理水平，規范監測工作流程，提高數據可靠性，實現數據共享，建設數字化實驗室已勢在必行。海洋環境監測實驗室信息管理系統應滿足如下需求。

（1）實現實驗室樣品管理自動化。LIMS能根據用戶名和權限自動分配工作任務。如樣品接收人員登錄系統后，系統會提示輸入樣品相關信息和分析計劃，并自動打印樣品標簽，通過對標簽掃碼跟蹤樣品流轉情況［11］。分析人員登錄系統后，系統會根據分析計劃，自動列出該分析人員需要分析樣品的采樣點和所需分析的參數。

（2）實現分析數據采集和處理自動化。替換原有的數據傳遞模式，通過局域網將分析儀器與管理系統連在一起，使分析數據可以自動傳輸到管理系統上，并可直接在管理系統上對數據進行處理；減少手動錄入數據的麻煩，從而減少分析人員的工作量，提高數據傳遞的工作效率，增強數據的安全性。

（3）實現海上現場采集樣品和數據與管理系統間的交接與傳輸。通過數據線或存儲設備將海上現場采集的數據直接傳輸到系統上，海上現場采集的樣品通過系統對標簽進行掃碼識別樣品信息。

（4）實現上級主管部門對實驗室任一工作環節的實時監控與監督。通過局域網或互聯網，既能實現監測機構內部管理層對實驗室的實時監控，也可實現分局對轄區各監測機構LIMS的統籌管理與監督。

（5）實現系統與海洋環境監測數據匯交系統的對接，各級監測機構可通過實驗室信息管理系統直接向上一級監測機構上報監測數據。

（6）實現數據檔案管理的電子化，通過網絡調閱檔案，保證檔案材料的安全，簡化維護工作。

4 海洋環境監測實驗室信息管理系統總體設計

海洋環境監測實驗室信息管理系統應提供標準的實驗室管理程序，并可全面覆蓋國家計量認證的內容，實現對監測業務流程的規范管理，實現實驗室（人員）、機（儀器）、料（樣品、材料）、法（方法）、環（環境）、測（檢測）全面控制的質量管理及有效監控。

4.1 監測業務流程管理

海洋環境監測業務流程主要包括監測任務下達、海上現場監測、海上樣品采集、實驗室交接、實驗室分析及數據處理、數據審核及上報或報告出具等環節。LIMS應實現對整個監測業務流程的電子化管理。如海上現場監測的數據可直接輸入便攜式計算機，到達實驗室后通過數據線直接傳輸到實驗室管理系統上，通過樣品標簽實現海上采集樣品與實驗室間的交接、樣品在分析人員間的流轉情況，系統可自動（或人工）錄入、修改、貯存、輸出、打印分析測試結果，此外，儀器工作站的分析結果也可與局域網絡進行交流，使檢測數據自動輸入網絡數據庫，實現數據共享、集中管理，檢測數據自動處理、收集、匯總、存儲、打印、查詢及統計分析。樣品分析數據提交后，須經三級審核方能出具分析測試報告或逐級匯交。

4.2 質量控制管理

海洋環境監測全程質量控制包括樣品采集、保存與運輸、實驗室分析、數據處理及審核過程中的質量控制［12］。LIMS應能實現對各過程質量控制環節的管理。LIMS樣品接收模塊，應設置現場空白樣、現場平行樣接收與登錄，未采集現場空白及現場平行樣的，該監測任務將不能繼續流轉，實驗室分析過程的質量控制采用同樣的管理模式，實驗室分析過程中未按要求添加質控樣的，任務拒絕流轉。數據處理過程中，LIMS中預先針對每一測項，設定應有的有效數字位數及計量單位，輸入錯誤的，任務拒絕流轉。數據審核過程中，嚴格遵循逐級審核的原則，未經審核的數據，系統拒絕流轉至下一級審核人。

4.3 資源管理

將實驗室相關資源納入LIMS管理范疇，包括人員持證上崗管理、儀器設備管理、標準物質管理、試劑耗材管理等。詳細記錄人員上崗證培訓日期、持證上崗項目、上崗證有效期限、儀器設備檢定校準日期及有效期限、期間核查情況、標準物質名稱、生產廠家、定值日期及保質期、標稱值及其不確定度、標準物質領用日期及領用人員、試劑耗材名稱、生產廠家及出廠編號、純度及含量、有效期、試劑耗材領用日期及領用人員等信息。

4.4 文件管理

實現LIMS對實驗室文檔信息的電子化管理，包括各種分析方法、質量手冊、程序文件、作業文件，對應于各監測任務所形成的原始記錄數據包等，同時應實現所有監測數據進行定期備份整理。

5 各級監測機構實施LIMS應注意的問題

通過建立實驗室信息管理系統，可全面提升實驗室運轉效率及質量管理水平，促進業務工作與信息規范化接軌。然而，各級監測機構監測能力與水平不盡一致，因此在實施LIMS建設時，亦應因地制宜，并注意以下幾個方面。

（1）領導重視、責任到位、有令必行。信息化往往都是自上而下的過程，因此，LIMS也是一項典型的“一把手”團隊工程。LIMS建設的成敗首先取決于單位的最高管理者對項目建設的重視程度，LIMS的實施特點是跨部門、跨專業、牽涉面廣，涉及細節繁瑣等，最高管理者的統籌、協調、決策對LIMS的順利推進具有重要作用。

（2）LIMS的實施必須建立在良好的前期工作基礎上，包括慎重的產品選型、詳盡的內部需求調研、完整的方案設計、科學的功能設計、合理的推進計劃等。

（3）強調用戶在LIMS建設過程中的作用。各級監測機構在建設LIMS時，首先必須讓監測人員充分認識、理解LIMS的目標和作用，系統實施過程中亦需隨時與系統使用人員溝通交流，明確使用人員對于系統模塊與功能設置的需求，強調用戶在LIMS實施和運行過程中不可推卸的核心作用。

（4）遵循由簡到繁的原則。如果實驗室以過于復雜的設想和過于龐大的規模作為LIMS項目建設的開端，則會對項目實施帶來諸多不利。建議各級監測機構選擇靈活性強的軟件或設計架構，以內部實驗室數據報告生為核心目標，由易到難，逐步推進LIMS的實施和升級。

［1］ 王群.實驗室信息管理系統：原理、技術與實施指南［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004.

［2］ E1578－2013，United States.ASTM.Standard Guide for Laboratory Informatics［S］.2013.

［3］ 包先雨，李軍，王洋.云計算下的檢驗檢疫實驗室信息管理系統研究［J］.合肥工業大學學報：自然科學版，2014，37（4）：420－423.

［4］ 楊鳳華，董愛軍，胡霞清，等.檢測實驗室信息管理系統建設中存在的問題及對策探討［J］.環境與職業醫學，2012，29（12）：781－784.

［5］ 王霞，郭正，宋慶國，等.LIMS在黃河水環境監測管理中的應用［J］.人民黃河，2009，31（9）：41－42.

［6］ 尚凡一，王兆文.實驗室信息管理系統（LIMS）的設計及實現［J］.中國環境監測，2000，16（4）：1－2.

［7］ 沈藝.環境監測實驗室信息管理系統的構建與實施［J］.環境監測管理與技術，2006，18（4）：4－6.

［8］ 王花梅，路寬，田強.海洋監測設備動力環境實驗室信息管理系統的構建［J］.海洋技術學報，2015，34（4）：15－21.

［9］ 李億紅，徐韌，張勇，等.LIMS在海洋環境監測領域的創新與發展［J］.國土資源科技管理，2014，31（1）：129－131.

［10］ 薛平，萬文，駱建彬，等.檢測和校準實驗室的LIMS的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2005，26（8）：2141－2145.

［11］ 金小華，崔鳴.基于條形碼輸入的實驗室設備信息管理系統［J］.實驗室研究與探索，2011，30（2）：193－196.

［12］ 國家海洋局《海洋監測質量保證手冊》編委會.海洋監測質量保證手冊［M］.北京：海洋出版社，2000.

Application of Laboratory Information Managing System in Marine Environmental Monitoring

ZHAO Shilan，SUN Helin，DING Li，YAO Ziwei

（National Marine Environmental Monitoring Center，Dalian 116023，China）

Laboratory Information Managing System（LIMS），an important means to improve the efficiency of laboratory operation and quality management level，has greatly promoted the integration of monitoring business and information standardization.With the development and application in various types of laboratory，LIMS is opening new developing stages in our country.As the feature is different from other laboratories，general module and function settings of LIMS in the market usually cannot meet the requirement of marine environmental monitoring laboratory.This paper comprehensively analyzed the characteristics of marine environmental monitoring business，provided targeted module setting proposal which especially emphasized the importance of quality assurance and quality control in LIMS.It would be helpful to the implementation of LIMS in marine monitoring unit at all levels.

Laboratory Information Managing System（LIMS），Marine monitoring，Quality control

P715；X834

A

1005－9857（2017）03－0072－04

2016－09－05；

2016－11－30

國家海洋局近岸海域生態環境重點實驗室項目“基于層次分析法的海洋環境監測質量管理體系有效性評估”（201406）；海洋公益性科研專項項目“典型海灣受損生境修復生態工程和效果評價技術集成與示范”（2013418043）.

趙仕蘭，高級工程師，碩士，研究方向為環境科學，電子信箱：slzhao＠nmemc.org.cn