地球化学调查样品分析管理系统

地球化学调查样品分析管理系统
林萍;王君;高明远;熊及滉
【摘要】采用Microsoft Visual Foxpro数据库,构建了地球化学调查样品分析管理计算机软件平台,通过各种相关的数据库,菜单、表单、报表等,实现了收样登记、样品调度、进度统计、数据管理、质量检查、质量评述、报告输出、数据备份、数据清除等各项功能.软件平台在功能上的灵活性,使其可以完成各种不同类型地球化学调查样品分析管理工作.
【期刊名称】《岩矿测试》
【年(卷),期】2009(028)005
【总页数】7页(P467-473)
【关键词】地球化学分析;管理和质量控制系统;数据库
【作者】林萍;王君;高明远;熊及滉
【作者单位】成都综合岩矿测试中心,四川成都,610081;成都综合岩矿测试中心,四川成都,610081;成都综合岩矿测试中心,四川成都,610081;成都综合岩矿测试中心,四川成都,610081
【正文语种】中文
【中图分类】G202;O213.1
近年来基础性地质调查工作持续深入开展，涉及基础地质、环境调查、农业调查的多目标地球化学调查工作进展很快，以地质找矿为主要目标的矿产调查任务十分巨
大，以农业规划改造为目标的各地土地整理工程尚任重道远。

鉴于以上情况，地球化学调查样品分析在数年内将仍然是地质实验室主要测试任务之一。

地球化学样品的测试工作，由于任务性质不同，测试要求也各不相同[1-7]。

按照测试项目比较，基础性的多目标地球化学调查工作要求测试固定的54个项目，环境调查样品分析则要求测定固定的60余个元素，矿产调查样品分析则根据地区的差异，需要测试16～19个项目；按照测试质量要求和管理模式比较[8-11]，以上类型样品的分析执行的技术规范各有差异，质量要求也不尽然相同；从测试工作量看，需要分析的样品数量巨大，一般主要从事该工作的较大型的实验室每年需要提交的测试数据均超过100万个。

因而以上测试任务涉及数十万件样品的不同形式的调度管理、数百万数据的检索和不同形式的质量监控以及保管储存。

这是一项技术质量要求很高而又十分复杂的工作，必须使用具有充分灵活性而又能够满足需求的计算机软件平台来完成。

目前各相关实验室根据自身的实际情况，选择不同方式来完成此任务，如购买专业计算机公司编写的软件平台，或从其他实验室引进软件平台，或自行构建软件平台[12-20]。

根据实际情况，本文选择了自行构建软件平台，完成各种不同类型地球化学调查样品分析管理工作。

1 软件设计思路
根据成都综合岩矿测试中心(以下简称“中心”)目前的计算机软件水平以及研究开发经费的限制，采用的基础平台为Microsoft Visual Foxpro，操作系统为Windows XPⅡ。

(1) 从管理对象的特点和技术质量要求上看，创建的软件包必须覆盖1∶5万、1∶20万、1∶25万等各种地球化学调查样品的分析管理，满足不同类型样品的管理模式和质量监控要求。

(2) 按照技术规范，数据处理和质量监控应按照分析批次进行。

鉴于在地球化学样品分析中多采用多元素同时测定的分析方法，所以使用分析方法的概念，形成不同
的元素组，一个分析方法(元素组)可以包括特定的一个元素或多个元素。

每一个批次定义为一个分析样品批次的一个元素组的元素。

这样可以减少单元素选择的操作，提高工作效率。

(3) 从测试项目来看，本软件平台不仅适用于包括多目标地球化学调查样品分析的54个项目在内的所有元素的全量测试管理，还应适用于有效态分析、形态分析等
项目的测试管理。

(4) 从灵活性考虑，使用本软件包应能够满足样品数量变化、同一批次样品测试项目不完全相同的要求。

本软件包还应满足各种质量监控参数的灵活选择和修改，以适应随着技术进步而引起技术规范便于修改的要求。

(5) 从实用性考虑，本软件具有良好的可操作性，在进行大量数据管理时有足够的自动判断和连续运行功能，以提高其工作效率。

(6) 从数据的安全性考虑，平台应具备人员使用权限控制和数据适时备份的功能，尽量避免数据丢失或篡改，保证数据的可靠性。

(7) 平台构建：采用面向对象的方式，构建系统平台，尽量避免大量使用代码，以提高平台构建效率，并提高界面的外观质量和友好性。

包括输入界面多采用表单，输出界面多采用报表，既节省了工作量，又使得人机互动界面更加友好。

从用户角度考虑，大量数据的输出应具有电子文档输出的功能。

2 软件设计框图
2.1 地球化学分析管理系统软件平台功能模块
地球化学分析管理系统(GCAMS)软件平台功能模块见图1。

图 1 GCAMS软件平台功能模块图
Fig.1 Function module chart of GCAMS software platform
3 软件功能分述
GCAMS软件登录后的界面见图2。

图 2 GCAMS登录后界面
Fig.2 The login interface chart of GCAMS software
3.1 系统登录
使用GCAMS软件包必须首先进行系统登录，使用者分别具有自己的编号和密码，当登录后能够获得相应的使用权限级别。

权限级别分为3类，第一类可以使用软
件包的全部功能；第二类可以使用软件包的多数功能；第三类可以使用软件包的个别功能。

3.2 系统初始化
(1) 单位信息：包括单位名称、联系人等，可以修改。

此功能仅供具有一级权限的操作者使用。

(2) 人员信息管理：用于编辑使用人员的有关信息(包括使用权限)。

此功能仅供具
有一级权限的操作者使用。

(3) 标样管理：包含标样增加、标样删除和浏览管理三项子菜单，用于对标样进行管理。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用(见图3)。

图 3 标样管理界面
Fig.3 The interface chart of standard sample management
(4) 方法信息：用于编辑使用的分析方法的有关信息，包括新建和修改。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

(5) 质量信息：用于编辑质检允许限表。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

3.3 样品管理
(1) 收样登记：用于记录图幅的整体信息，包括用户、测试主管人、质量要求等等。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

(2) 样号录入：用于分批自动录入全部样品的送样号、分析号、样品属性、对照样号等。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

样号录入时可以一次自动录入多批样号。

样号录入的信息包括分析号、对照号、送样号、样品属性等内容。

样品属性是指以特定代码标记样品的类型，包括基本样、标准物质、重复分析样、再现性分析样及其他需要插入的密码样。

样号入库时需要预先准备电子表格格式的样号入库文件，并按照一定方式排列。

其中样品属性以代码表示：一般基本样标记为“dg”；标准物质标记为“S”(两位)，第二位为1～9，代表9个不同系列，便
于在需要时分别统计其数据和质量参数；重复性分析样标记为“R1”或“R2”，
其中“R1”为基本样，“R2”为检查样；再现性分析样标记为“C1”或“C2”，其中“C1”为基本样，“C2”为检查样；其他需要插入的密码样标记为“M”(两位)，第二位为1～9，代表9个不同系列，便于在需要时分别统计其数据和质量参数。

由于标明了对照号，所以重复性分析样和再现性分析样中每对对应样品的编号明确，无需另外区分。

标准样的插入件数、重复性分析和再现性分析的插入件数，不受限制。

质量检查时按照实际检索到的件数进行质量参数计算和统计。

再现性分析检查样品不要求必须固定为某一独立分析批次，可以任意分散插入各批次，进行交互式检查。

但是从衡量各批次系统误差的角度考虑，作者仍强烈建议检查样品编成一个独立批次为宜。

样号入库后，软件自动改写图幅管理表中该图幅的分析批次和样品数量。

样号入库文件的文件名为“r+图幅号(三位字符)+批号(两位字符)”。

在样号修改
功能中，如果涉及样品数量改变、属性改变、对照号的改变，则应注意数据是否入库。

如果数据已经入库，则必须修改样号入库文件，重新样号入库，再重新数据入库；否则可能造成数据库中的数据错位等错误。

样号入库操作可以重复进行，样号
库中的数据为最后一次的入库数据。

(3) 样号管理：包括样号修改、样号打印、标签打印。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

3.4 调度进度管理
调度进度管理包括样品调度、调度单打印、进度统计。

(1) 样品调度：此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

调度方法仍按照批次和分析方法进行，调度记录于调度表中，调度表中含有全部图幅的调度记录。

(2) 调度单打印：此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

可以连续打印多批调度单，考虑到实验室的不同使用习惯，调度单输出为单份，A4打印纸。

(3) 进度统计：此功能可供系统人员信息表中的所有人员使用，可以显示进度统计表，也可以输出进度表的电子文档。

3.5 数据管理
(1) 数据录入：此功能用于原始分析数据的录入，仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

数据入库文件名为“r+大图幅号+批号+方法名”。

对于批次中如果出现部分样品无需分析该元素时，则该样号和记录仍然必须存在于入库文件中，其分析结果均填为-99，以免样号和结果错位，-99为约定的无分析结果的表示。

例如，某批次(50件)的某方法有3个元素待分析，但是从第31号开始，只需分析2个元素，此时实际分析数据应为30×3+20×2=130，但是入库文件的行数仍必须是50×3=150，后20件样品无需测试的元素的分析结果填为-99。

入库文件格式为电子表格格式，其排列必须和原始数据表一致，对照号和属性两列排列应保留，以方便入库操作；但是鉴于分析人员仅对分析号和分析结果负责，对对照号和样品属性应该不清楚，所以此两列数据均采用样号表的数据置换后入库，因此入库文件此两列的数据对入库无影响。

入库过程中，程序将检查是否有重号或漏号现象，如存在此现象，程序将拒绝接受本批数据。

如存在缺样，必须在分析结果中填入-99。

由于分析结果在数据管理过程中可能进行各种处理，包括更正、替换等等，数据库中的数据为经过处理的数据。

原始记录(包括数据和其他参数或图表)则以只读文件保存于“入库数据”文件夹中，以确保数据的原始性，并允许重新按照原始结果入库。

(2) 复查数据录入：此功能用于录入复查数据。

复查数据放置在复查数据表中，对于同一元素，每一次录入复查数据则算作一次复查，所以可能出现对于某个样号某个元素只有第三次复查数据，而没有第一次和第二次复查数据，这是为了区别同一元素、同一批次、不同人员复查结果，避免在进行数据对比时，将不同样本作为同一样本进行统计对比而得出错误的结论。

复查数据可以用来更替原始数据表中的原始数据。

经过更替后原始数据表中的原始数据放入复查数据表中，复查次数为0。

更替的数据在复查数据中仍然保留。

保留复查数据便于实验室处理用户反馈的意见和复查合格率的统计。

(3) 数据修改：此功能用于对分析数据进行校正和修改，仅供具有一级权限的操作者使用。

修改模式包括一次线性校正、二次线性校正和个别修改。

分析结果带有一定的误差是不可避免的。

误差既包括偶然误差，又可能包括系统误差。

样品分析中表现出来的总误差实际上是系统误差和偶然误差的加合。

理论上，系统误差是由一个或多个固定的原因造成的，是可以消除的；但是在实际工作中仍然难以完全消除，特别是难以完全消除微弱的系统误差。

地球化学样品分析中多数项目均属于痕量元素，其含量在10-5水平或者更低。

随着分析手段的改进，特别是大型精密分析仪器的使用，偶然误差明显地大幅度减小，此时系统误差对于总误差的贡献则越来越大。

地球化学样品分析的数据在用于绘制地球化学图件时，其系统误差对于成图效果的影响往往是至关重要的。

虽然相关技术规范对于分析系统误差进行了控制，但是即使在技术规范允许的情况下，某些微弱的系统误差仍可能对成图效果造成致命的影
响。

作者认为系统误差在排除外界环境影响、仪器漂移影响等易于控制的因素外，样品基体效应的影响还表现为以下几种形式。

其一，标准曲线平移形式。

由于绘制标准曲线所用的溶液或标准物质和样品在基体组成上的差异，在基体效应的作用下标准曲线发生平移。

此时在样品和标准中，相同的含量在标准曲线上对应了更大或更小的信号值，测定结果和正确值出现一个固定的差值。

此种情况可能出现于背景影响以及其他一些影响。

其二，标准曲线斜率改变形式。

由于绘制标准曲线所用的溶液或标准物质和样品在基体组成上的差异，在基体效应的作用下标准曲线的斜率和样品中的情况不一致。

此时测定结果和正确值之间出现的差值不是固定的，而是含量的一次线性函数关系。

此种情况在分析工作中也常发生。

这种情况往往与待测物质中的不同组分在激发源中复杂的物理化学变化相关。

在一般岩矿分析中常使用的标准加入测定法，消除了基体差异的影响，即是一种有效的解决方法，只是相对而言付出了更高的成本，花费了更多的时间。

其三，以上两种情况的叠加。

即测定结果和正确值之间的差值和含量显现为二次曲线关系，如标准曲线斜率的改变随着含量的变化而变化，产生的误差在高低含量段不一致。

进行系统误差校正，应该具有充分的依据，包括判断系统误差产生的原因、标准物质测试误差分析、再现性分析、数据和准确结果的相关性分析等等，并且应使用可靠方法进行验证。

① 一次线性校正(慎用)：用于确证存在系统误差时使用，校正公式为：y=ax+b(x
为原测定值，y为校正值，a、b 为常数)。

当系统误差仅为工作曲线的斜率引起时，b=0；当系统误差仅为空白型系统误差引起，a=0；当系统误差原因包括以上两方面时，a≠0，b≠0。

注意：使用该功能，应具有充分证据，并且经技术主管或质量主管批准后方能进行。

具有二级权限的人员只能严格按照批准后的方案，执行校正操作。

② 二次线性校正：用于确证存在系统误差时，校正公式为：y=ax2+bx+c(x为原
测定值，y为校正值，a、b、c为常数)。

注意：使用该功能，应具有充分证据，并且经技术主管或质量主管批准后方能进行。

具有二级权限的人员只能严格按照批准后的方案，执行校正操作。

③ 个别修改：用于对于个别数据(包括复验后的数据)的更正修改。

此功能主要考虑到当测试元素为金(或以后可能开展的铂族元素)时，由于样品均匀性问题，复查数据跳动过大，需要提供平均值时使用。

(4) 数据更替：此功能用于采用复查数据表中的数据更替原始数据表中的数据。

经过更替后原始数据表中的原始数据放入复查数据表中，复查次数为0。

更替的数据在复查数据中仍然保留。

(5) 数据输出：此功能用于按照批次和分析方法输出分析数据。

同一个分析批次的不同分析方法的测试数据可以使用此功能输出到同一个表内。

输出数据可以在屏幕上显示，也可以输出电子表格。

由于此功能的设计主要是考虑需要对相同样品不同元素间相关性进行判断，所以不输出送样号，也不剔除各种控制样。

3.6 质量检查
质量检查包括常规质检、质量审查和监控曲线3项功能。

(1) 常规质检：用于每个批次每个分析方法的常规质量检查。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

常规质检对于每个批次每个方法中的各种技术质量参数(最大值、最小值、平均值、报出率，标样、重复性分析、再现性分析的单次测定
误差、平均误差、标准差等等)进行计算，并对单次测定误差进行判断。

质量检查
结果分别存入质量数据表1和质量数据表2中，以便供质量管理人员审查该批次
的分析质量之用。

重新进行常规质检后，将覆盖该批已经进行的质检结果。

(2) 质量审查：用于质量管理人员对每个批次每个分析方法的质量审查。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

质量审查过程不再打印纸质的各种表格，采用在计算机上显示质量数据表1和质量数据表2的数据的方式。

质量审查可以在同一分析方法中按照元素逐个进行，也可以将一个分析方法的所有元素的质量参数显示出来(质量参数一次显示时，每个表中的滚动条可以自由拉动)。

审查人员需要时，还可以显示相关的原始分析数据和复查数据。

质量审查意见则仍然由质量管理人员在原始记录封面上签署。

以上方式可以节约大量的纸质打印，省钱省时。

质量审查见图4。

(3) 监控曲线：地球化学样品分析中的监控曲线指的是用作监控分析质量而绘制的标准物质平均对数差和对数标准差λ的两条曲线。

前者以对数形式表征了分析结果的系统误差，后者以对数形式表征了分析结果的偶然误差。

应用此功能可以输出适当形式的和λ数据，链接相关程序(如Excel等)绘制相应的曲线图形。

图 4 质量审查界面
Fig.4 Quality audits surface chart
3.7 质量评述
质量评述是质量管理人员对一个或数个大图幅进行总体的质量评价。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

鉴于地质项目较大时，可能送样时间间隔过长，样品量过大，难以作为一个图幅安排分析工作，所以使用中往往出现同一个地质项目，涉及几个分析图幅。

此时用户往往要求实验室提供一个跨越图幅编号的整个地质项目的分析质量评价说明。

此功能允许对数个分析图幅进行总体质量参数计算。

其中考虑到时间间隔较长时，可能对于同一测试项目采用性能不同的同类型仪器设备，甚至采用完全不同类型的仪器或不同的分析方法，其检出限也可能前后不同，因此对于测试项目不采用统一的检出限计算总体报出率，而是根据不同图幅编号分
别计算报出数据量，累加报出数据量后计算总体报出率。

3.8 报告输出
此功能用于按照图幅号输出检测报告。

与数据输出相比较，此功能一次输出的是一个图幅的剔除了各种监控样的数据，而且带有送样号，可以直接提供给用户使用。

考虑到用户的需要，此功能输出电子表格文件，需要时可以使用Excel打印出纸质报告，用以存档。

3.9 备份恢复
备份恢复包括数据备份、数据清除和数据恢复功能。

(1) 数据备份：此功能用于对已经完成的图幅进行数据备份。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

备份内容包括图幅管理表相关内容、样号表相关内容、调度表相关内容、原始数据表相关内容、质量数据表1和质量数据表2相关内容
等等。

备份内容存放于d:\数据备份文件夹中，用户可以再将其转移到其他存储器上。

(2) 数据清除：此功能用于对已经完成分析工作、发出报告、通过了评审验收并进行了数据备份的图幅进行数据清除，以提高软件的运行效率。

此功能仅供具有一级权限的操作者使用。

数据清除的范畴和数据备份的范畴完全一致。

考虑到数据备份往往需要进行双份备份甚至多份备份，所以此功能不和数据备份功能合并一次进行，而采用分别进行的方式，其要求的权限级别也高于数据备份的权限级别。

(3) 数据恢复：此功能用于特殊情况下，对已经进行数据清除的图幅，实现数据恢复。

此功能仅供具有一级和二级权限的操作者使用。

数据恢复的范畴和数据备份的范畴完全一致。

数据恢复后，该图幅的操作与数据清除前完全一致。

3.10 退出系统
退出GCAMS软件平台。

4 软件的安装和进入
4.1 软件的安装
直接将GCAMS文件夹、备份数据文件夹和入库数据文件夹拷贝到D盘，打开项
目1。

如果在打开项目1时，出现对话框，询问是否将现有路径设置为默认路径，则回答y即可。

如果出现对话框，提示找不到相应的可视类库备注文件(后缀为vct)时，选择定位，根据计算机安装的Foxpro的路径，打开VFP98文件夹中的wizards文件夹和wizbmps文件夹，分别定位即可。

打开GCAMS文件夹，右键单击“主程序.fxp”，选择发送桌面快捷方式，在桌面上建立“主程序.fxp”的快捷方式。

4.2 软件平台的进入
在桌面上双击“主程序.fxp”的快捷方式图标，即可进入该平台。

使用该软件平台，必须经过授权操作。

5 结语
按照自行构建软件平台的要求和设计思路，作者建立了GCAMS软件平台。

通过
调试和试运行，主要有以下认识。

(1) 按照中国地质调查局现行有效的技术质量规范进行编写，适合于最新的1∶5万、1∶20万、1∶25万化探样品分析技术要求。

(2) 完成程序编写后，进行了重庆主城区生态地球化学调查样品301幅所有样品的两个分析方法的管理调试。

经实际调试后，通过核对，运行效果良好，数据无误。

目前已实际运用于化探样品分析管理工作。

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