关于环境监测实验室信息管理系统建设的思考丨干货分享

叶铃，赵芯，李明秋，肖开煌

1.四川省泸州生态环境监测中心站

2.泸州市兴泸污水处理有限公司

摘要

传统环境监测领域实验室管理存在费时费力、管理效率低下、数据挖掘及分析深度不够等缺点。依托于现代计算机技术的发展，实验室信息管理系统可以在某种程度上解决这一问题。实验室信息管理系统包含“人、机、料、法、环、测”部分必需的基础功能。将人员管理、仪器设备管理、方法管理、环境条件管理、样品管理、采购管理、文件管理、质量管理等内容纳入实验室信息管理系统的设计中，可以基本满足环境监测实验室管理的电子化办公需求。依托物联网技术及云计算技术的发展，将实验室信息管理系统与仪器设备集成，实现对物品、人员位置信息获取功能，减少人员参与，降低错误率，提高办公效率。

关键词：环境监测;信息管理系统;质量管理;行政管理

实验室信息管理系统(LIMS)是对实验室整体进行设计，同时采用科学的管理思想与先进的计算机技术，来完成实验室全方位的管理[1]，包括样品采集、分析测试、质量管理、技术管理及行政管理等内容。相对成熟的LIMS融合完整的检验检测业务管理与质量管理，应用于实验室信息管理平台。借助该平台，可实现检测数据的网络化共享、无纸化记录与办公、资源与成本管理以及人员管理[2]。通过建立快速、高效的LIMS，将检测机构必需的“人、机、料、法、环、测”部分有效整合，在降低检测机构运行成本的同时，显著提升实验室的检测效率。LIMS覆盖合同评审、方案制订、项目下达、现场监测、实验室分析、质量控制、报告编制及审核等监测全流程，能够实现监测过程的快速溯源及全过程留痕。依托现代信息技术研发的LIMS，可有效帮助环境监测工作，大幅提高环境监测工作的效率。

一、研究背景

相对于传统的实验室管理模式，LIMS具有明显优势。传统检验检测实验室存在以下不足。

1)传统的环境监测从样品采集、运输、交接、分析、原始记录填写直至报告编制，均为纯手工操作，人为操作错误不可避免。同时，数据的保存和溯源很困难，容易出现监测数据弄虚作假的行为。在样品采集过程中容易出现保存剂添加不正确、样品标签混淆等问题。在样品流转过程中，因转码操作容易导致样品与标签混淆。原始记录填写时，因工作量大，易出现计算错误、反复修改的情况，影响工作进度。报告编制过程中，容易因手工录入数据出现数据誊写错误。

2)管理效率低下，数据传递及时性不够，无法实现快速数据共享。传统检验检测机构的质量管理与行政管理均依赖纸质、线下模式开展。质量管理资料难以进行有效分类与归档，查询相关资料时，费时费力。在人员管理方面，不能及时提醒合同到期，容易出现人员合同不能及时续签、职称不能及时评定等情况。

3)监测数据的统计、分析及深度挖掘工作不到位，无法为环境管理和环境决策提供支撑。传统的环境监测领域检测报告仅能体现监测数据是否超标，在数据关联分析、超标原因探究等方面存在很多不足，不能深度挖掘数据之间的关联。

4)传统实验室的信息及档案保存，需要投入大量人力与物力，整体成本居高不下。目前，大部分环境监测实验室的质量管理类及人员管理类资料未严格按照档案管理要求进行归档。档案管理规范性不足。资料管理与查询难度较大，不利于工作效率的提高。

二、发展概述

LIMS的发展与计算机技术的不断成熟以及检验检测机构的快速发展同步。在国外，LIMS的概念最早于20世纪60年代提出。20世纪80年代中后期，LIMS被引入国内的地矿、石化、制药等领域。1994年，石油化工科学研究院开始进行LIMS的研究，并于1998年首次开发出适合国内需求的商业版LIMS。

LIMS大致经历了四个发展阶段。第一阶段为初级产品阶段，主要由各用户自行开发或与计算机软件公司联合开发，满足本单位的需求。第二阶段为商品化软件阶段，由软件公司研发商品化软件，安装后需要编写满足用户特定需求的程序。第三阶段为全面应用产品阶段，主要面向实验室工作人员，安装后只需按照用户的需求进行简单设置即可使用。第四阶段为集web技术、C/S和B/S模式于一体的产品阶段[3]。

三、LIMS功能需求

一个优良的LIMS，需要满足检测机构的基本功能需求，才能大幅提升工作效率，节省资源成本。LIMS需要具备以下基本功能。

3.1 人员管理

为方便单位提高人员管理效率，LIMS可实现更加快捷高效的人员管理模式。建立人员基本信息台账，对人员的基本信息、教育信息以及工作履历信息进行管理。同时，将人员能力确认相关资料与环境监测人员上岗证管理纳入人员信息管理系统。

3.2 仪器设备管理

建立仪器设备数据库，包含仪器设备台账、仪器设备验收档案、仪器设备检定与校准的记录、仪器设备期间核查记录以及仪器设备使用维护记录等内容。目前，我单位仪器设备使用记录在每次使用完毕后，采用手工填写并定期归档纸质件的模式。如遇样品量较大的情况，需要花费大量时间填写样品使用记录信息。为解决这一问题，建议将移动终端纳入仪器设备使用模块。通过终端一键点击的模式，选择本次分析的样品编号并自动带入。LIMS后台对仪器设备使用的时间、样品编号、仪器状态等信息予以存储。

3.3 方法管理

目前，本站所采用的标准方法为实时查询与线下管理相结合的模式。通过购买发行版纸质标准，根据工作需要，对纸质版标准方法进行受控发放。传统的标准方法管理模式存在复印工作量大、管理不便等问题。由于作废的标准方法发放时间较长，容易出现损毁、遗失的情况，很难实现全部回收与处理。LIMS能够有效解决传统标准方法管理的弊端。通过建立LIMS方法库，将正式版采用标准方法的电子版传入系统，为不同岗位的人员赋予不同的权限，实现标准方法的在线受控发放。当标准方法作废时，标准管理员可将该方法的状态设置为“作废”，监测人员可以清晰地看到标准方法的状态，不再使用该部分标准方法开展工作，仅作为参考。借助LIMS的特点，可以打破时间和空间的限制，便于随时查阅和研读标准方法。同时，将本站资质能力范围内的方法查新信息也纳入系统管理，并记录标准更新、替换等方法沿革信息。

3.4 环境条件管理

众多环境检测机构的实验环境涉及环境条件管理，如样品保存温度、实验室温度与湿度、水质状况信息等，需要记录的信息量较大。通过实验室环境条件自动监控设备与LIMS的自动对接，LIMS可实时记录环境条件并存储相应记录。当环境条件不符合标准方法要求时，系统会自动发出报警信息，提醒监测人员排查原因，并禁止涉及该时间段使用的仪器设备出具原始记录，避免出现因仪器设备使用环境条件不满足要求而出具无效原始记录的情况。

3.5 样品管理

对采样、运输、流转、储存、销毁等环节中的所有必要信息进行记录，该功能的实现可利用条码标识技术来完成。为每个样品的标签赋予一个二维码，样品流转后，生成一个新的二维码，后期的分析、储存、销毁等环节使用流转后的二维码。在监测过程中，通过扫描二维码，可以实时查询样品的状态及分析进度信息，便于全面把控工作进度，合理调配人员安排，提高工作效率。

3.6 采购管理

环境检测机构的采购涉及服务采购和供应品采购两大类。供应品包含办公用品、仪器设备、试剂耗材、标准物质等。服务包括基础设施维护维修、仪器设备检定及校准服务。在LIMS中，首先实现对合格供应商的管理，对合格供应商的资质能力进行评价，并建立合格供应商名录。每年对合格供应商名录中的供应商进行动态评估，以筛选出最好的供应商。其次将产品验收、台账管理全部纳入LIMS。LIMS根据台账使用情况，设置最低数量采购提醒，及时开展采购工作。

3.7 文件管理

将体系文件纳入LIMS进行管理。传统检验检测机构的文件管理工作较为繁琐。在进行体系文件编制、修订时，需全部履行线下的文件审批手续，之后再汇总成册、复印、盖受控章，最后发放给每位使用人员。传统模式下，文件汇总易出现错误，印制工作量大。利用LIMS，可在系统中对体系文件进行修改、输入，并实时更新。依据不同岗位人员的岗位职责要求，为其赋予不同文件的查询权限。通过为不同部门的人员赋予不同管理权限，可实现对不同类型文件的编制、上传、审核、批准等功能。LIMS将对文件的修订予以全过程记录。对于作废文件，LIMS会保留相关记录，仅供参考，不能运用到监测工作。

3.8 质量管理模块相关功能

质量管理涉及的内容繁杂，相关记录的收集归档工作繁琐。LIMS整合了年度质量管理计划、人员培训计划、内部审核计划、管理评审计划、质量监督计划、质量管理总结、人员培训总结、内部审核报告、管理评审报告、质量监督记录及总结、密码质控样考核计划、密码质控样考核统计及评价等内容。根据密码质控样的统计结果绘制质量控制图，可根据实际情况绘制标准物质质量控制图、空白试验质量控制图、加标回收率质量控制图。利用LIMS可以实现对标准物质、质控样品、质控数据报告、样品检出率、样品分析及时率等信息的统计管理。

四、存在的问题

国内LIMS经过几十年的发展，已初具规模，但环境监测领域的LIMS仍存在许多问题。

1）认识不足，缺乏重视。管理层的重视程度在很大程度上决定了LIMS研发成功的可能性及持续使用的可行性。LIMS的建设与后期运行维护不是一蹴而就的，需要花费大量的人力与资金。若要确保LIMS高效运行，要对所有使用人员做好培训工作。由于各种原因，监测机构管理层对LIMS缺乏了解、重视度不够，LIMS的建设和维护不能得到更多的资源支持[4]。

2）资金投入不足。LIMS的研发和运维都需要专业的计算机技术人才，不少检测机构缺乏这类专业人才，只能委托专业的计算机研发公司进行，研发资金及运维资金需求较大。各级检测机构由于工作经费有限，且领导对实验室信息管理系统重视不足，实际投入到LIMS的资金相对偏少。要让LIMS真正实现快速高效，就需让技术和设备始终处于技术前端。在后期运行过程中，也需要投入大量资金。部分检测机构的LIMS建成后可以平稳运行数年，但由于后期运行维护资金及设备更新资金缺乏，LIMS无法及时进行升级换代，难以持续满足新的要求，运行效果不佳。

3）缺乏主要责任科室及责任人，未编制详细的操作规程。在LIMS建设方面，缺乏有序的工作流程和秩序，导致投入与产出不成正比。由于没有主要责任人，整个系统的研发及运维缺乏统筹规划。如果因为内部设计不合理或者系统操作问题导致LIMS瘫痪，将会造成建设运行资源的浪费。

4）操作人员配合度不高会影响研发进度及改进效果。目前，部分检测机构的检验检测人员习惯采用传统的监测方式，不愿意尝试新的信息系统，甚至存在抵触心理。这在很大程度上会影响LIMS的使用、研发及升级。

5）技术人才不足，过度依赖计算机服务公司。许多小型检测机构缺乏专业的计算机人才，未能掌握先进的网络技术与数据库技术。LIMS投入运行后，管理水平无法满足实际工作需求，最终影响LIMS的使用效果。

五、发展前景及展望

1）LIMS与仪器设备的集成。未来将重点开展LIMS与多种仪器设备集成的研究工作，这些仪器设备包括分光光度计、原子吸收分光光度计、电感耦合等离子体光谱仪、气相色谱仪、气相色谱质谱仪等。在同一个界面下，直接采集和处理各种仪器设备的数据，减少人员参与录入原始记录的环节，提高准确度和工作效率。

2）基于物联网技术实现实验室范围内物品的实时跟踪与信息共享。充分利用物联网的射频技术和传感网络监测技术，能够快速识别对象并获取数据，从而实现对样品和人员位置点位信息的获取，进而充分调动和调配人员，提高工作效率。

3）基于云计算模式的LIMS。目前应用较多的是条形码技术，主要用于样品录入、流转、保存、处置等环节。未来希望更多将射频识别(电子标签)技术应用到LIMS中。射频识别技术可以实现同时识别多个标签。运用实验室定位技术，LIMS能够实现对样品、仪器设备、人员等物理因素的管理，从而具备实时查询样品流转轨迹和存放位置的功能。

4）优势资源整合，做好设计规划。在LIMS设计之初，做好全面统筹规划。系统设计既要符合检测机构现状和应用需求，又要具备一定的前瞻性。同时，要充分设计并实现实验室数据的整合与共享，做好实验数据的动态监测与分析、数据分析与评价控制工作。