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自动化物联网让实验室变“智慧”

自动化物联网让实验室变“智慧”
提速:联网启动
  初冬的下午,宁波检验检疫局食品分中心实验室里,电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和气相色谱质谱仪(GC-MS)闪烁着工作灯,正在检测中。科技处和实验室有关负责人忙碌着把两台仪器联入到仪器专网,他们要打通数字实验室业务系统与实验仪器的链路,架设实验仪器智能控制、管理服务器组团。
  “联网启动!”随着联网指令的发出,实验员马上从数字实验室业务系统向ICP-MS发送当日的样品信息及任务命令,并在仪器自动进样架放入对应的样液,仪器开始按指令自动检测,实验员回到工作电脑前远程监控仪器检测情况。
  5分钟后,随着第一个样液的检测完成,办公电脑的数字实验室业务系统结果登记界面,同时出现了该样品经自动计算后的最终检测结果。实验员对其审核正确后,便利用自动拟稿功能发出了一份最终检测报告。从发送检测指令开始到出具报告,整个过程用了不到7分钟。而在之前,实验员还要经历打印仪器分析报告、手工录入并计算原始记录、电脑上进行结果登记、进行纸质和电子审核等步骤。
手工:低效易错
  目前的实验分析方法,通常需对样品进行前处理,然后再按照不同的检测方法进行不同的实验,有的可能需通过化学检验方法进行,有的可能采用一种或多种仪器进行分析。实验检测人员往往要面对种类繁杂的仪器,以及复杂多变的原始数据,将这些中间数据通过计算公式才能得出检测结果数据。
  通过对检测工作的深入调研,实验室工作各环节工作量大致分布为:样品前处理60%,仪器分析20%,数据分析和编制报告20%。实验室检测工作80%以上的检测数据来自大型仪器设备,而分析数据、整理数据、出具报告占用的时间与仪器运行检测时间相当。
  将仪器原始数据换算成检测报告数据的分析过程,仍需手工按计算器,效率不高且容易出错。这种手工处理方式已经不适应新形势下实验室业务发展的需要。
  同时,实验室仪器种类繁杂,原始数据存储安全性不高。以宁波检验检疫局为例,现有实验室仪器设备原值近3亿元,专业范围宽、仪器种类多,仅色谱、质谱和光谱类大型仪器设备就有110余台。仪器检测数据分布于每台仪器配套的工作站电脑上,从数据安全性、可靠性和可追溯性等方面考虑,数据分散保存弊端很大。更无法实时掌握实验室仪器设备应用情况。目前,设备应用情况依靠实验人员检测后的手工登记,既给实验室增加了工作量,也不利用管理部门掌握设备实时使用情况,对科学合理地装备实验室也有一定的影响。
难题:急待求解
  如何有效地整合与管理,提高实验室的准确性与效能,长期以来都是实验室想达成的目标。宁波检验检疫局以探索搭建实验仪器自动化物理网为突破口,破解这一长期困扰实验室工作的难题。以宁波检验检疫技术中心食品分中心为例,2011年全年产生数据近10万条。以往这些样品需要人工抄录、计算、填写、登记、费时费力,差错风险高。实验仪器设备物联网搭建后,经初步测算,能提高30%至40%的工作效率,可大大解放技术人员的生产力,有效保证检测工作质量,也让技术人员有更多的精力投身于科研思考和攻关中,推动科研工作进一步发展。
  实验仪器设备物联网是实验仪器设备的互联网。它将实验室里的气相液相色谱仪、质谱、光谱仪乃至如天平、温湿度计等实验仪器设备、环境监控设备通过现代网络技术、射频识别技术(RFID)、传感技术融入网络,形成一个智能化、数字化、自动化的仪器网络,为实验室检测、监控提供充满智慧的物联平台。它能让实验员通过办公电脑发送检测指令,能让实验员坐在办公室接收检测数据,能让实验室通过网络监控仪器设备和环境状态,能让仪器原始数据得到集中管理。

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