实验室信息管理系统（LIMS）在水环境监测实验室中的应用

聂真真，郝金义，王文静，方文宏

（长江水利委员会汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022）

1 LIMS简介

实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，LIMS）是实验室信息管理的一个平台，将网络通信技术、计算机技术、分析检验技术、仪器仪表技术与科学的实验室管理思想进行有机结合[1]，实现以实验室为中心，对检测数据和相关信息进行收集、分析、报告和管理的全方位服务。LIMS是现代实验室综合管理的一种理念、技术、方法、产品和整体解决方案，是提高实验室管理效率规范性和系统性的有效工具[2-5]。通过LIMS系统，可以达到无纸化办公、信息化管理、自动化运行和协调实验室资源的量化管理目的，是提高实验室专业化程度的重要手段，对实验室的良好高效运行具有积极的推动作用[6-7]。

实验室信息管理系统，在西方发达国家的实验室已经走过了20多年的发展旅程，广泛应用于石油、化工、制药、检疫、海关、烟草、酿酒、食品、电力、教育和科研等行业。随着IT技术的迅猛发展，LIMS系统日趋成熟和功能强大。许多西方学者直言，没有LIMS系统的实验室是不合格的实验室。他山之石可以攻玉。在国内，专业的LIMS开发公司也如雨后春笋般出现。他们在吸收国外的先进经验后，根据我国各行各业的实际情况，建成了具有中国特色的现代实验室信息管理系统。

2 开发背景

水环境监测是长江委水文局的一项基本职责和工作内容，是履行“统一管理流域水资源”“负责流域水资源保护工作”职责的重要手段，是“维护健康长江、促进人水和谐”、做好健康长江代言人的一项重要的长期性基础工作，也是国家实施最严格的水资源管理制度的重要基础支撑。为进一步创新水环境监测方法，加强水环境监测工作现代化建设，着力解决当前水环境监测工作中存在的问题和不足，改变水环境监测工作相对滞后的不利局面，快速提升水环境监测能力及水平，按照水文局统一部署，在全局范围内开展水环境监测能力及水平提升工作。

水环境监测中心根据检测对象（主要是水样）、实验室质量管理体系、行业特殊性和复杂性，对LIMS有特殊技术要求[8]。针对水质行业和水环境实验室的特殊性，开发公司在搭建实验室信息管理系统前，多次去长江委水文局的7个水环境监测中心进行客户需求调研设计。根据各中心的实际工作情况和近远期的管理工作，需要在原有的市场上商品化LIMS进行二次开发[9]。经过一段时间在各中心的试用后，通过实验室评审后开始正式使用。系统涵盖采样管理、检测流程、资源管理、质控管理以及系统管理等模块。笔者结合水环境监测实验室管理要素，重点对围绕检测工作的核心模块做进一步探讨。

3 LIMS的功能介绍

3.1 系统管理

此模块用于建立操作人与系统及内部功能的关联关系，主要设置基础的部门、用户、角色等信息，可单独为用户设置权限，也可单独为角色设置权限。当用户所属的角色具有权限时，该用户也将具有对应的权限。同样地，可以单独为部门设置权限。当用户所属地部门具有权限时，则该用户也将具有对应的权限。以笔者所在的汉江水环境监测中心为例，下设三个部门：综合业务室、质量保证室、监测分析室。中心人员各分属这三个部门，各个部门的人用自己的账号登陆系统后，能使用的系统模块及可读写的数据及数据范围不一样。在系统初始化之初，实验室管理人员将每个人分属的部门、角色权限分组及所赋予功能录入到系统中一次设定，一般不需要修改。此模块是LIMS的控制台，对保证LIMS系统的正常运行具有重要意义。

3.2 采样管理

采样管理主要分为两个模块：样品定义和样品管理。系统开发时，为便于不同检测项目的监控与管理，将样品设计为检测过程的检索单元来动态反映检测过程状态和检测结果查询，并赋予其承载检测类型管理和品牌规格管理的内容。由于不同样品对应的检测项目和内容不同，为更好识别、区分和管理这些不同，系统对样品信息进行结构化处理，以便信息检索和共享管理。样品定义是对样品进行唯一性标识，实验室根据实际情况建立样品编号程序。可根据不同部门、样品种类、样品来源等进行分类编号。样品标识具有唯一性，以方便样品在整个检测过程中的传递和查询。

样品是检测过程的载体，其管理亦是实验室管理的基础。样品管理包括采样、分瓶、接收、领用、留样、处理和查询等模块。实验室监测业务以采样计划的制定为业务的开始点，主要完成制定登记计划信息、样品采集信息、计划期间每天的检测样品（样品的采样点）监测项目的设计及采样人员的安排。根据监测项目分配不同类型的瓶子，区别主要在于样品瓶的材质、容量、加入固定试剂的不同等。样品接收人员清点样品数量、种类和状态确认无误后，通知分析人员来领用，并留取水样以备复检、仲裁用。对于超过留样日期需要进行处置的样品，系统中会记录处置方式、处置日期等信息。整个采样全过程会实时动态地处在实验室管理人员的掌控和监视之内。

3.3 检测管理

检测业务过程是整个LIMS系统的核心，包括检验分配、分配规则管理、现场和室内分析的结果录入、校核、审核和报告生成等模块内容，检验过程见图1。LIMS业务过程信息流转有序，传递敏捷，动态记录了从检测请求输入到最终检验报告输出的整个过程。不同模块各司其职的同时，可以作为监控工具使用。

样品检测过程中，管理人员可通过LIMS系统的任务进度模块，清晰查看本中心的检测任务，实时掌握任何一个监测任务的执行情况。可对样品批次、单个监测任务的化验进度进行跟踪，查看检测结果，浏览每个人员的工作痕迹，及时提醒相关人员，保证按时有效地完成各项检测任务。

样品检测过程中，通过LIMS系统统一管理不同类别样品的评价和检验标准方法，避免发生检验人员在检测过程中采用的检验方法标准和判定标准不一致和误用等情况。由于通过LIMS系统实现了实验样品全过程的实时监控，还可以详细记录实验过程，所以如果在任何环节中出现失误都便于追溯。

3.4 质控管理

质控管理主要包括采样质控计划和项目质控两个功能模块。首先通过将采样质控计划即全过程空白和现场平行两种质控采样计划的相关资料输入系统，依照质控计划要求进行相应的内质控和外质控，如空白样、平行样、样品加标回收等措施。质量管理人员可通过系统实时检查、监督、跟进质控措施的实施。质控检测过程中包含质控要求，检测时除日常采样的样品检测，还要进行质控样品的检测，对检测项目也包含质控要求。在执行质控措施后，系统会生成质控报告和指控图，供质量管理人员查询和利用。质控图表和相关性分析最大程度反映了质量变化趋势和相应的不合格项，为单位提供了质量跟踪依据。系统质控管理实现了对整个水环境监测过程包括采样、检测等的质量控制管理，主要包括数据审核、信息溯源和监督控制等手段。

图1 标准检测业务过程图

4 LIMS在水环境监测管理中的应用必要性

提升长江水质监测能力和水平，为水资源管理和保护保驾护航。随着长江经济带的快速发展，社会各界对水环境恶化问题越来越重视。突发水污染事件频发，水环境监测中心背负的监测任务越来越重。监测频次、监测断面、样品数量和分析项目等有增无减，对水质监测工作提出了更高标准。另外，业务的不断扩大，横向任务不断增加，实验室原有的人员编制有限，两者矛盾日益突出，原有的工作模式已经无法满足现有的工作需要。LIMS融合了先进的实验室管理理念、成熟的规范和方法，运用针对水环境监测特性定制的软件，改善现有工作的困境，优化工作流程。实现对实验室监测从样品管理、前处理、采样分析和出报告等环节的自动化，可以提高长江水环境监测实验室的工作效率，改进工作方式，使实验室的管理工作科学化、规范化、精细化与可控化。监测资料和信息能及时有效地在各个环节顺畅流通，增强信息、资料的时效性和可用性，为长江水资源管理和保护提供保障[10]。

减少检测过程各环节的资源浪费和人为误差，提高工作的效率和准确性。长江委局机关及下属7个水环境监测中心的业务流程包含以下几个方面：制定采样计划、样品采集、流转、验收、领用、处置、检测任务下达及分配、检测数据结果的录入、校核、审核、检测报告的输出、质控统计、程序文件的执行和维护、仪器设备的检定、试剂、样品、标准物质、标准溶液的领用、仪器设备使用记录、维护记录、实验室环境监控记录等工作，都需要人工誊写，数据录入分析计算更是容易出错，造成检验结果的不准确，且数据的可溯性很差，甚至没有办法溯源。传统的管理模式弊端明显，误差大，效率低，不可控因素较多，造成了实验室的资源（人力、物力）浪费。LIMS可以实现整个监测流程的无纸化，大大减少了管理人员和分析人员的工作量，降低了人工成本，减少了出错机率。电子化、自动化的信息流通改变了过去数据的汇总，结果的通报均需纸质资料的单一传递方式，提高了工作效率。

满足实验室资质认定的需求，提高了水环境监测的质量水平，促进了水环境监测工作的长足发展。国家相关部门将实验室信息管理系统的建设程度作为实验室资质认定的重要参考项目，因此为了水环境监测工作的长足发展，必须参考遵照国家的有关规定，建立配套的实验室信息管理系统，且系统运行需符合实验室质量管理体系。引入LIMS系统后，可以对影响实验室质量的诸要素如人员、样品、标准、试剂、仪器、环境等进行全面控制和管理，将数理统计方法运用到过程质量控制中，分析质控样品的数据，生成实验质控、结果质控表和相关性分析等。管理人员可以从质量控制图和趋势图分析产品的质量变化趋势，及时发现潜在的不合格项。

5 LIMS的使用现状

LIMS经过1年在水环境监测中心的运行实施，开启了中心水质监测业务流程无纸化、信息化的第一步，初步实现了质量管理的要求。但式，在运行期间对系统的运行、维护、人员配备等情况逐步了解后，发现LIMS还有不少地方需要进一步改进完善。例如，通知提醒功能、系统流程与生产流程的匹配度方面、报告报表、检测管理等功能需要进一步开发。当前处于LIMS实施的初期，复杂而琐碎，需求设计还不到位，中心处于传统手工模式和LIMS电子化信息系统双轨运行阶段，加大了实验室人员的工作负担，LIMS没有发挥其理想的作用。LIMS管理内容涉及实验室的方方面面，系统建设工作往往难以一步到位[11]。现阶段与检测工作直接相关的核心功能的使用，已经让中心看到了未来全面无纸化、信息化的曙光。中心计划采用循序渐进的策略，使用人员逐步了解、逐步掌握，继续向开发公司沟通遇到的实际问题，以期助力于中心监测中心业务发展，提升实验室管理水平，更好地服务水环境事业发展。

6 结 论

相对于传统实验室管理方法，LIMS作为现代的实验室管理工具，它的应用给水环境监测实验室带来了许多概念和形式上的变革。该系统将实验室的业务流转、一切资源以及行政管理等，以合理方式进行统一管理，实现了监测任务的在线下达，监测进度的在线管理，监测数据的自动采集、传输和存储，实现了信息共享，支持各类报表的自动生成，提高了实验室检测工作的效率，降低了实验室运行成本，且支持快速溯源和痕迹获取。因为当前系统在水环境监测实验室使用时间不长，存在局促性，相信经过不断改进，其技术在水环境监测实验室中深入应用是必然的发展趋势。