仪器数据采集功能在环境监测LIMS中的应用——以上海市宝山区环境监测站为例

施骁俊

(上海市宝山区环境监测站，上海 宝山 201901 )

实验室信息管理系统(简称LIMS)，在充分融合计算机网络技术与现代管理思想的基础上，以实验室为中心，将实验室的业务流程、环境、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法等等因素有机结合，来实现实验室自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的[1]。仪器数据自动采集是LIMS核心的功能之一，通过仪器数据的自动采集，减少人为录入过程中产生的差错率，提高数据的准确度。本文将探讨不同类型的仪器数据采集功能在LIMS中的应用及其优缺点，并结合宝山区环境监测站仪器数据采集功能的实际应用，浅析谱图采集的原理及实际应用中的相关注意事项。

1 传统数据录入

随着环境监测工作量的日益增加，实验室人员在分析完样品后，分析人员也将面临如何将大量分析结果快速录入LIMS的难题。传统录入数据的方式为手工录入，即将样品分析数据逐一人工录入系统，此操作方法繁琐且效率低；此外录入方式为借助数据模板，即导出数据模板将数据填入后导入系统；系统交叉表录入或是一批样品中有些分析项的数据相同，可利用批录入的方式统一录入。虽然借助数据模板较手工录入有所进步，但主要录入方式还是需要手工输入数据，工作效率未得到实质性的提升。当测试项目是通过仪器分析得到结果的，可通过仪器采集的方式自动采集数据，无需人工录入数据，大大提高了工作效率，减少人为因素的出错率，确保数据的准确性[2]。

2 仪器采集实现方式

2.1 串口采集

串口采集主要应用于电子天平，pH计等有着标准R232接口的设备并遵循标准RS-232协议进行数据传输。串口采集由于是点对点的通讯，可实现真正的实时连接，有效保证了数据传输的准确性。但串口采集在实验室中并未得到广泛应用，原因有以下两点：第一随着仪器的更新换代，很少仪器还配置R232接口，串口采集应用范围缩小；第二，由于串口通信按位(bit)发送和接收字节，所以LIMS需要设置解码规则将信息转换为实际的数据，这也增加了成本[3]。

2.2 CDS采集

CDS--色谱数据处理系统，该系统实现了色谱分析过程的完全自动化。CDS的色谱数据处理功能包括定量计算，保存色谱运行过程及谱图再处理所产生的结果数据和其他信息，及仪器数据采集。CDS从LIMS中获取待分析的样品，经分析后再将样品的分析结果发送回LIMS，从而实现仪器采集功能。从软件分类上来讲，LIMS属于管理型软件，而CDS更类似于工具性软件。LIMS与CDS的整合使用，不仅能提升仪器采集的效率，更能提升实验室自动化水平。但前期投入较大，不仅需要开发CDS相关功能，还要实现LIMS与CDS两者端口的对接，若没有预留接口，二次开发的成本及难度都较大。此外，CDS是以色谱仪器为主，对于监测站实验室实际仪器配置，只为仪器采集而开发该系统性价比不高。

2.3 谱图采集

实验室仪器分析结果一般会以不同格式的谱图或是列表在本地工作站中呈现。谱图采集则将仪器分析的原始文件通过系统解析为字符串，再由系统读取所需要的数据。谱图采集能提高数据录入效率，而且不需要二次开发或结合其他应用软件，只需通过编写脚本代码便可解析及读取仪器谱图中的数据。不足之处在于，对于仪器的谱图格式要求相对较高，需仪器工作站将分析数据另存为可由系统识别转换的文件格式(txt，PDF，word或excel)[4]。另外，可被采集到的数据信息完全受制于仪器工作站本身的导出文件内容，并不是每个仪器的数据文件都适用于谱图采集。因此，该仪器采集方式暂不具备通用性。

3 仪器采集的实际应用

3.1 谱图采集具体应用

宝山区环境监测站基于实际应用中对于便捷性及经济性的要求，采用谱图采集的方式进行仪器数据采集。

仪器通过PDF虚拟打印机以PDF格式导出文件，再通过LIMS采集到应用服务器上，并将PDF文件解析成LIMS能够识别的txt文件。最后，通过每台仪器的DCU脚本读取txt文本中所需要的数据提取到LIMS系统中进行自动录入。仪器通过本地计算机导出分析数据的文件(见图1与图2)，服务器根据脚本程序读取指定数据，如图1中非甲烷的峰面积，含量及图2中的总氮结果，并将数据自动录入LIMS。

图1 气相色谱分析仪分析数据

图2 总有机碳测试仪分析数据

同时，LIMS需要根据不同实验室仪器设置相关参数，如DCU采集方法，采集文件路径，保存文件路径，备份文件路径以及对照表，详见图3。

图3 总有机碳测试仪DCU配置

3.2 谱图采集注意事项

第一，LIMS采集仪器设置时应注意文件服务器地址以及各文件路径是否指向正确。其次对照表中LIMS测试名称应与仪器采集文件中的分析项目名称相对应，否则无法正确获取数据。例如，图(2)为总有机碳测试仪导出的数据文件，在仪器采集文件中分析项名为TN，那么在LIMS中总氮分析项所对应的分析项目的名称就应该为TN，可见图(3)相关配置，这样才能读取相关数据。

第二，适当调整仪器导出数据文件的排版格式。谱图采集的DCU脚本程序是根据采集文件的排版格式编写。如图(2)，总氮结果实际为表格第七列，但之前两列宽度过小，可能会使得系统读取数据时出现错误，而误将第9列的“完成”录入系统。

第三，仪器采集是通过服务器将文件解析成LIMS能够识别的txt文件，当发现文件无法采集时，应查看服务器对应文件解析的服务是否正常启用，一般情况可通过重启采集应用服务来解决此类问题。

4 结语

由此可见，无论是在处理速度还是准确性上，通过仪器自动采集功能来进行数据录入工作都有着非常明显的优势。随着环境监测工作量的增加，传统数据录入方式必将不适用，而仪器自动采集是未来实验室自动化的关键。现阶段LIMS仪器采集功能虽然还存在些许问题，但随着LIMS技术的发展以及仪器厂商逐渐重视与LIMS功能兼容，未来LIMS仪器自动采集功能定会逐渐完善。