儀器數據采集功能在環境監測LIMS中的應用——以上海市寶山區環境監測站為例

施驍俊

(上海市寶山區環境監測站，上海 寶山 201901 )

實驗室信息管理系統(簡稱LIMS)，在充分融合計算機網絡技術與現代管理思想的基礎上，以實驗室為中心，將實驗室的業務流程、環境、人員、儀器設備、標物標液、化學試劑、標準方法等等因素有機結合，來實現實驗室自動化運行、信息化管理和無紙化辦公的目的[1]。儀器數據自動采集是LIMS核心的功能之一，通過儀器數據的自動采集，減少人為錄入過程中產生的差錯率，提高數據的準確度。本文將探討不同類型的儀器數據采集功能在LIMS中的應用及其優缺點，并結合寶山區環境監測站儀器數據采集功能的實際應用，淺析譜圖采集的原理及實際應用中的相關注意事項。

1 傳統數據錄入

隨著環境監測工作量的日益增加，實驗室人員在分析完樣品后，分析人員也將面臨如何將大量分析結果快速錄入LIMS的難題。傳統錄入數據的方式為手工錄入，即將樣品分析數據逐一人工錄入系統，此操作方法繁瑣且效率低；此外錄入方式為借助數據模板，即導出數據模板將數據填入后導入系統；系統交叉表錄入或是一批樣品中有些分析項的數據相同，可利用批錄入的方式統一錄入。雖然借助數據模板較手工錄入有所進步，但主要錄入方式還是需要手工輸入數據，工作效率未得到實質性的提升。當測試項目是通過儀器分析得到結果的，可通過儀器采集的方式自動采集數據，無需人工錄入數據，大大提高了工作效率，減少人為因素的出錯率，確保數據的準確性[2]。

2 儀器采集實現方式

2.1 串口采集

串口采集主要應用于電子天平，pH計等有著標準R232接口的設備并遵循標準RS-232協議進行數據傳輸。串口采集由于是點對點的通訊，可實現真正的實時連接，有效保證了數據傳輸的準確性。但串口采集在實驗室中并未得到廣泛應用，原因有以下兩點：第一隨著儀器的更新換代，很少儀器還配置R232接口，串口采集應用范圍縮??；第二，由于串口通信按位(bit)發送和接收字節，所以LIMS需要設置解碼規則將信息轉換為實際的數據，這也增加了成本[3]。

2.2 CDS采集

CDS--色譜數據處理系統，該系統實現了色譜分析過程的完全自動化。CDS的色譜數據處理功能包括定量計算，保存色譜運行過程及譜圖再處理所產生的結果數據和其他信息，及儀器數據采集。CDS從LIMS中獲取待分析的樣品，經分析后再將樣品的分析結果發送回LIMS，從而實現儀器采集功能。從軟件分類上來講，LIMS屬于管理型軟件，而CDS更類似于工具性軟件。LIMS與CDS的整合使用，不僅能提升儀器采集的效率，更能提升實驗室自動化水平。但前期投入較大，不僅需要開發CDS相關功能，還要實現LIMS與CDS兩者端口的對接，若沒有預留接口，二次開發的成本及難度都較大。此外，CDS是以色譜儀器為主，對于監測站實驗室實際儀器配置，只為儀器采集而開發該系統性價比不高。

2.3 譜圖采集

實驗室儀器分析結果一般會以不同格式的譜圖或是列表在本地工作站中呈現。譜圖采集則將儀器分析的原始文件通過系統解析為字符串，再由系統讀取所需要的數據。譜圖采集能提高數據錄入效率，而且不需要二次開發或結合其他應用軟件，只需通過編寫腳本代碼便可解析及讀取儀器譜圖中的數據。不足之處在于，對于儀器的譜圖格式要求相對較高，需儀器工作站將分析數據另存為可由系統識別轉換的文件格式(txt，PDF，word或excel)[4]。另外，可被采集到的數據信息完全受制于儀器工作站本身的導出文件內容，并不是每個儀器的數據文件都適用于譜圖采集。因此，該儀器采集方式暫不具備通用性。

3 儀器采集的實際應用

3.1 譜圖采集具體應用

寶山區環境監測站基于實際應用中對于便捷性及經濟性的要求，采用譜圖采集的方式進行儀器數據采集。

儀器通過PDF虛擬打印機以PDF格式導出文件，再通過LIMS采集到應用服務器上，并將PDF文件解析成LIMS能夠識別的txt文件。最后，通過每臺儀器的DCU腳本讀取txt文本中所需要的數據提取到LIMS系統中進行自動錄入。儀器通過本地計算機導出分析數據的文件(見圖1與圖2)，服務器根據腳本程序讀取指定數據，如圖1中非甲烷的峰面積，含量及圖2中的總氮結果，并將數據自動錄入LIMS。

圖1 氣相色譜分析儀分析數據

圖2 總有機碳測試儀分析數據

同時，LIMS需要根據不同實驗室儀器設置相關參數，如DCU采集方法，采集文件路徑，保存文件路徑，備份文件路徑以及對照表，詳見圖3。

圖3 總有機碳測試儀DCU配置

3.2 譜圖采集注意事項

第一，LIMS采集儀器設置時應注意文件服務器地址以及各文件路徑是否指向正確。其次對照表中LIMS測試名稱應與儀器采集文件中的分析項目名稱相對應，否則無法正確獲取數據。例如，圖(2)為總有機碳測試儀導出的數據文件，在儀器采集文件中分析項名為TN，那么在LIMS中總氮分析項所對應的分析項目的名稱就應該為TN，可見圖(3)相關配置，這樣才能讀取相關數據。

第二，適當調整儀器導出數據文件的排版格式。譜圖采集的DCU腳本程序是根據采集文件的排版格式編寫。如圖(2)，總氮結果實際為表格第七列，但之前兩列寬度過小，可能會使得系統讀取數據時出現錯誤，而誤將第9列的“完成”錄入系統。

第三，儀器采集是通過服務器將文件解析成LIMS能夠識別的txt文件，當發現文件無法采集時，應查看服務器對應文件解析的服務是否正常啟用，一般情況可通過重啟采集應用服務來解決此類問題。

4 結語

由此可見，無論是在處理速度還是準確性上，通過儀器自動采集功能來進行數據錄入工作都有著非常明顯的優勢。隨著環境監測工作量的增加，傳統數據錄入方式必將不適用，而儀器自動采集是未來實驗室自動化的關鍵?，F階段LIMS儀器采集功能雖然還存在些許問題，但隨著LIMS技術的發展以及儀器廠商逐漸重視與LIMS功能兼容，未來LIMS儀器自動采集功能定會逐漸完善。