有机分析实验室LIMS 系统的开发与应用

李 松,罗代洪

0 引 言

实验室信息管理系统(LIMS:Laboratory Information Management System)是实现实验室自动化和现代化管理的工具和手段,也是提高实验室工作标准化和规范化的基础[1]。目前,电子信息化在各行业管理中已得到广泛应用,从根本上把管理人员和分析人员从传统的、繁重的手工操作中解放出来,提高了工作效率[2,3],并取得了较好效果[4-9]。

在国外发达国家,LIMS普遍应用于制药、石油、化工等各行业的分析测试实验室。与发达国家相比,国内LIMS研究和开发工作相对滞后。目前,LIMS已应用于我国众多领域,并已在石油化工、医疗医药、食品烟草、检疫检验、机械制造和环境保护等相关领域都有文献报道。然而,大部分LIMS产品多注重管理功能,在数据采集与识别方面,还存在一定的缺陷。为适应多目标区域地球化学调查和生态环境地质调查等工作任务的新要求,笔者通过总结有机分析流程特点,在地质系统内首次设计并研发出一套适合有机分析实验室管理的LIMS系统,该系统具有完全自主知识产权。

国家地质实验测试中心有机实验室信息管理系统(Org-LIMS)是根据实验室认证的要求,以ISO/ICE17025:2005、CNAS-CL01:2006标准和相关规范为依据,利用Sybase Powerbuilder可视化数据库集成开发工具完成LIMS底层数据库设计工作,并结合有机分析实验室实际工作需要,在Org-LIMS目标客户群中开展了大量调研工作而设计的。该系统包含样品管理、客户管理、检测方案、任务分配、数据传递、质量控制与报告审核等功能模块,实现了对有机分析过程中在测样品、分析数据、质量评价、分析人员和委托客户等信息的数据管理,以方便相关测试人员便捷使用。

Org-LIMS在有机污染物分析测试技术上的有效应用,克服了人工常规管理模式的弊端,加强了测试服务质量管理的自动化处理与识别,对加强作业过程控制和提高测试报告质量起到了积极作用,同时也对相关存储信息的二次开发与利用提供了必要的研究基础。该系统的使用,对于优化质量管理程序、提高质量控制水平发挥了重要作用。

1 Org-LIMS服务项目

有机分析研究室是国家地质实验测试中心对外测试服务的重要组成部分,其主要任务是承担环境地质样品、有机地球化学样品中有机物(或有机污染物)分析。近年来,有机室相继承担了中国地质调查局、中国地质科学院、中国地质环境监测院、中国科学院、上海地质调查院、北京地质大学(北京)、中国矿业大学(北京)及相关企业和公司等单位的检测服务工作。样品检测依据主要为美国环境保护署方法和中国行业标准。

为适应市场经济的需求,积极向社会出具高质量的检测报告,有机分析研究室对相关地质样品检测服务项目进行了认证申请,并顺利通过国家技术监督局、中国实验室认可委员会评审的现场考核。

2 人工管理模式存在的弊端

实验室采用人工管理模式时,信息保留的载体是纸件,信息传递的方式是手工记录或口头传达。当实验室的服务内容和测试任务发展到一定规模后,来源于不同部门各种信息的数量急剧增加,致使负责样品测试过程质量控制或质量管理部门的承载力不够,从而对实验室相关信息的保存、传递和利用等产生了不利影响,最终影响了委托样品的测试周期,降低了测试报告的质量与生成效率。

实验室人工管理模式受制于当事人个体主观意识或情绪的影响。疏忽与大意常常代表着人工管理模式的弊端。如检测报告中委托单位名称与委托合同内容不符、检测报告测试项目与客户委托项目不符、检测报告页码不连续、检测报告数据结果有空缺或遗失现象、测试过程质量控制指标结果溢出指标范围、样品溶液稀释倍数计算有误、样品平行分析结果不达标或空白基体干扰严重、有机化合物在色谱图中的出峰顺序有误、检测报告字体字号不一致以及页面设置不统一等不符合质量管理规范的内容时有发生,且不易审出。

实验室采用人工管理模式引发的影响检测报告服务质量的诸多问题,重复出现的可能性较多,致使校核或审核人员需重复审阅和多次批改,牵扯精力较多,费时费力,并最终影响检测报告报出的时效性。为进一步提高测试分析的服务质量,需统一的报告编制模版,并能自动过滤或提醒报告格式上的问题,提高检测报告审核过程的自动化程序,减少劳动强度,提高工作效率。

3 Org-LIMS开发与运行

国家地质实验测试中心自主研发的Org-LIMS软件利用Sybase Powerbuilder可视化数据库集成开发工具进行程序编辑,设计了样品管理、客户管理、检测方案、任务分配、数据传递、质量控制与审核等功能模块,实现了对有机样品分析全过程的电子化数据库管理方式,并采用分级开发、分步实施和逐步整合的开发策略。该软件基于客户端/服务器(C/S:Client/Server)架构,采用Microsoft SQL Server 2000后台数据库管理系统,客户端操作系统要求在Microsoft Windows XP+SP2、内存256 MByte、MSOffice 97及其以上版本环境中运行,可在外网环境中运行使用。

Org-LIMS系统研发成果是国家地质实验测试中心具有自主知识产权的LIMS软件,同时在地质系统有机分析实验室领域中也是首个使用者。该软件的成功试用,对于促进有机实验室检测业务管理的客观独立、公平公正起到了示范作用,确保了样品测试结果质量。国家地质实验测试中心Org-LIMS的研发技术路线如图1所示。

图1 有机LIMS研发技术路线Fig.1 The technological route for Org-LIMS

3.1 Org-LIMS应用流程

有机样品的委托业务登记由委托人提出,业务管理人员在Org-LIMS中将委托人相关信息输入数据库,如委托单位、联系方式、样品信息和检测项目等内容。Org-LIMS委托合同的样品信息登记页面如图2所示。

实验室对所受理的样品进行委托登记录入并编制唯一性标识后,质量负责部门按照质量管理受控文件的相关要求制定批次样品分析过程的质量控制方案,并由技术负责人按照一定的技术规范要求分配检测任务。

有机样品分析过程的质量控制方案一般采用添加替代物方式监控每件样品的质量分析过程,特殊样品需安排平行样品分析或基体相似的标准物质样品分析,以便较好地监控样品分析全过程质量,保障测试结果的准确性。检测人员依据指定方案进行检测,并对认为可疑的样品结果进行复查或复测,待测量结果确认无误后,提交完整的检测结果和测试记录,用以证明测量结果的真实性、可靠性和有效性。不同检测批次或内容的数据结果经过一审、二审和三审后合成最终版本的检测报告并报批质量负责人审核,经其签字同意后盖章并寄发检测报告。国家地质实验测试中心有机化合物检测分析流程如图3所示,有机测试检测报告在Org-LIMS中的下载页面如图4所示。

图2 有机样品合同管理Fig.2 Sample and contract management for organic compounds

图3 有机样品检测分析流程图Fig.3 Organic sample analysis workflows

图4 自动合成的有机测试报告Fig.4 Organic compounds test report by automatic synthesis

3.2 Org-LIMS质量评价

有机样品分析的质量管理主要是以平行样品相对标准偏差、实验过程空白测量、标准物质和单个样品替代物添加回收实验结果等评价检测过程的有效性。其中替代物是有机样品分析过程中重要的质量评价指标,在样品预处理前定量加入样品中,可有效监控目标化合物在检测过程中的损失或玷污[10]。Org-LIMS为每批替代物测量结果自动绘制质量控制图,用以直观评价每批样品检测过程的有效性。替代物质量控制图中的测量回收结果若存在明显超出质量控制区间现象,审核人员应对该样品密切关注并查找原因。国家地质实验测试中心Org-LIMS中批量样品替代物的质量控制图如图5所示,样品分析的质量控制报告如图6所示。

图5 替代物的质量评价图Fig.5 The quality evaluation charts of surrogate

图6 样品的质量控制报告Fig.6 The quality control report of sample

4 结 语

检测业务实验室应用信息化管理方式,可有效避免常规人工管理方式带来的弊端,增加了实验室管理的科学性和规范性。国家地质实验测试中心在地质系统实施Org-LIMS建设,是对有机样品委托检测全流程分析的质量管理和质量监控的首次尝试,同时也是对实验室实施现代化管理经验的有益补充。该系统的使用,对优化实验室质量管理程序、提高实验测试质量控制水平等发挥了重要作用。

[1]李松,吴淑琪,罗代洪,等.LIMS在我国地矿行业实验室的应用现状[J].岩矿测试,2012,31(5):775-779.LI Song,WU Shuqi,LUO Daihong,et al.The Application Status of LIMSin the Geoanalysis Laboratory of China[J].Rock and Mineral Analysis,2012,31(5):775-779.

[2]刘锡建,徐菁利,唐博合金,等.化学实验室信息化管理系统的探索 [J].计算机与应用化学,2009,26(5):669-672.LIU Xijian,XU Jingli,TANG Bohejin,et al.The Study of Information Management System of Chemical Laboratory[J].Computers and Applied Chemistry,2009,26(5):669-672.

[3]马春阳.实验室信息管理系统建设项目管理初探[J].广州化工,2011,39(5):192-195.MA Chunyang.Preliminary Study on Management of Laboratory Information Management System Building Project[J].Guangzhou Chemical Industry,2011,39(5):192-195.

[4]李松.国家地质实验测试中心分析测试技术服务简述[J].光谱实验室,2013,30(5):2508-2511.LI Song.A Brief Description of Service Test Techniques in National Research Center for Geoanalysis[J].Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory,2013,30(5):2508-2511.

[5]罗代洪,吴淑琪,吴晓军,等.国家地质实验测试中心实验室管理信息系统[J].岩矿测试,2011,30(1):110-115.LUO Daihong,WU Shuqi,WU Xiaojun,et al.Laboratory Information Management System in National Research Center for Geoanalysis[J].Rock and Mineral Analysis,2011,30(1):110-115.

[6]何启生,邹棣华,曾美云,等.地矿实验室信息管理系统Geo-LIMS 2.0[J].岩矿测试,2011,30(3):364-369.HE Qisheng,ZOU Dihua,ZENG Meiyun,et al.A Introduction of Geoanalytical Laboratory Information Management Systems Geo-LIMS 2.0[J].Rock and Mineral Analysis,2011,30(3):364-369.

[7]李亿红,徐韧,张勇,等.LIMS在海洋环境监测领域的创新与发展[J].国土资源科技管理,2014,31(1):129-132.LI Yihong,XU Ren,ZHANG Yong,et al.Innovation and Development of LIMS in Marine Environmental Monitoring[J].Scientific and Technological Management of Land and Resources,2014,31(1):129-132.

[8]苏玉良,郭福文.实验室信息管理系统的开发与应用[J].自动化与仪表,2012,27(11):44-47.SU Yuliang,GUO Fuwen.Development and Application of Laboratory Information Management System[J].Automation&Instrumentation,2014,27(11):44-47.

[9]周彩彩,邢立新,孟涛,等.长白山火山地质公园地理信息系统研究[J].吉林大学学报:信息科学版,2013,31(3):308-313.ZHOU Caicai,XING Lixin,MENG Tao,et al.Study on Changbaishan Volcano Nationanal Geopark Geographic Information Systems[J].Journal of Jilin University:Information Science Edition,2013,31(3):308-313.

[10]李松,饶竹.地下水中12项半挥发性有机污染物测定的质量控制[J].岩矿测试,2009,28(2):157-160.LI Song,RAOZhu.Quality Control for the Determination of 12 Semi-Volatile Organic Pollutants in Groundwater Samples[J].Rock and Mineral Analysis,2009,28(2):157-160.