Cách đánh giá phương pháp đo môi trường theo mục tiêu phân tích

Về bản chất, đánh giá phương pháp là bài toán đối chiếu giữa yêu cầu của phép đo và đặc tính hiệu năng của phương pháp. Với các phép phân tích môi trường, những tiêu chí quan trọng thường gồm khoảng đo, độ chính xác, độ chụm, độ nhạy, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ không đảm bảo, ảnh hưởng nền mẫu, tính chọn lọc và khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hoặc pháp lý. Eurachem cũng tiếp cận việc xác nhận phương pháp theo nguyên tắc “fitness for purpose”, trong đó các đặc tính hiệu năng phải được đánh giá theo mục đích sử dụng thay vì tồn tại như những con số độc lập.

Xác định mục tiêu phân tích trước khi đánh giá phương pháp

Bước đầu tiên là chuyển nhu cầu phân tích thành các yêu cầu có thể kiểm tra. Một phép đo môi trường có thể nhằm phát hiện một chất ở mức rất thấp, định lượng nồng độ để so sánh với ngưỡng quy định, theo dõi xu hướng theo thời gian hoặc xác nhận một mẫu có đáp ứng một yêu cầu kỹ thuật hay không. Mỗi mục tiêu sẽ đặt ra ưu tiên khác nhau cho phương pháp.

Có thể bắt đầu bằng năm câu hỏi:

1.    Đo cái gì? Xác định chất phân tích và đại lượng cần báo cáo

2.    Đo trong mẫu nào? Nước, nước thải, đất, khí, bùn, chất thải hay một nền mẫu phức tạp khác

3.    Khoảng giá trị dự kiến là bao nhiêu? Không chỉ xét giá trị trung bình mà cả các mức thấp và cao có thể gặp

4.    Kết quả được dùng để làm gì? Sàng lọc, định lượng, giám sát, so sánh với giới hạn hay hỗ trợ quyết định tuân thủ

5.    Mức không đảm bảo chấp nhận được là bao nhiêu? Một phương pháp có thể đủ tốt cho theo dõi xu hướng nhưng không đủ năng lực cho một quyết định có ngưỡng chặt

Điểm quan trọng là không tách “độ chính xác”, “độ nhạy” hay “khoảng đo” khỏi mục tiêu phân tích. Một phương pháp rất nhạy nhưng không bao phủ được nồng độ thực tế vẫn có thể không phù hợp. Ngược lại, một phương pháp có khoảng đo rộng nhưng độ không đảm bảo quá lớn quanh ngưỡng quyết định cũng có thể không đáp ứng mục đích.

Khoảng đo có bao phủ được vùng nồng độ cần phân tích không?

Khoảng đo trả lời câu hỏi phương pháp có thể tạo ra kết quả đáng tin cậy trong vùng giá trị nào. Khi đánh giá, cần phân biệt giữa khả năng phát hiện một chất và khả năng định lượng chất đó một cách sử dụng được.

Ví dụ, nếu mục tiêu là kiểm tra nồng độ quanh một ngưỡng quản lý, thì vùng quan trọng nhất không nhất thiết là toàn bộ khoảng làm việc của phương pháp. Quan trọng hơn là phương pháp có hoạt động tốt ở vùng quyết định hay không. Một phương pháp có thể đo tới nồng độ rất cao nhưng vẫn không phù hợp nếu phần thấp của khoảng làm việc không đủ tin cậy.

Khi kiểm tra khoảng đo, nên đối chiếu ít nhất ba vùng:

·         Vùng nồng độ thấp, nơi tín hiệu dễ bị ảnh hưởng bởi nền và nhiễu

·         Vùng quanh ngưỡng hoặc mức ra quyết định

·         Vùng nồng độ cao, nơi tuyến tính, pha loãng hoặc giới hạn đáp ứng của hệ đo có thể trở thành vấn đề

Khoảng đo cũng phải phù hợp với cách báo cáo kết quả. Nếu mẫu thực tế thường vượt giới hạn trên, phương pháp phải có chiến lược pha loãng hoặc một khoảng làm việc khác đã được xác nhận. Nếu mẫu thường nằm sát giới hạn dưới, cần đặc biệt kiểm tra khả năng định lượng ở vùng thấp thay vì chỉ nhìn vào thông số tối đa của thiết bị.

Vì vậy, tiêu chí không nên là “khoảng đo càng rộng càng tốt”. Tiêu chí đúng hơn là: khoảng đo có bao phủ vùng giá trị mà phép phân tích thực sự cần đưa ra kết luận hay không.

Độ chính xác và độ chụm có đáp ứng mức sai số chấp nhận được không?

Hai phép đo có thể cho kết quả rất gần nhau nhưng cùng lệch khỏi giá trị tham chiếu; cũng có thể trung bình gần giá trị đúng nhưng các lần đo dao động mạnh. Vì vậy, đánh giá phương pháp cần phân biệt giữa độ đúng/độ chính xác theo nghĩa sử dụng thông thường và độ chụm của kết quả.

Về thực hành, cần xem phương pháp có tạo ra kết quả đủ gần giá trị tham chiếu hoặc giá trị kỳ vọng hay không, đồng thời các phép lặp có ổn định hay không. Khi phương pháp được dùng để so sánh với một giới hạn, vấn đề càng rõ: sai số của phép đo có thể làm một kết quả nằm rất gần ngưỡng trở nên khó diễn giải.

Một cách tiếp cận tốt là thiết lập trước tiêu chí chấp nhận phù hợp với mục tiêu. Có thể cần xem:

·         Kết quả thu hồi từ mẫu thêm chuẩn hoặc vật liệu tham chiếu

·         Độ lệch so với giá trị tham chiếu

·         Độ lặp lại trong cùng điều kiện

·         Độ tái lập khi thay đổi ngày đo, người phân tích hoặc thiết bị trong phạm vi áp dụng

·         Độ không đảm bảo của kết quả

Độ không đảm bảo đặc biệt quan trọng vì nó mô tả mức độ phân tán của các giá trị lượng đo có thể được quy cho kết quả dựa trên thông tin hiện có; NIST nhấn mạnh rằng nó có thể bao gồm nhiều thành phần, trong đó có các ảnh hưởng hệ thống và thành phần được đánh giá thống kê.

Do đó, một phương pháp không nên được đánh giá chỉ bằng câu “sai số thấp”. Cần trả lời cụ thể hơn: sai số và độ chụm đó có đủ nhỏ so với yêu cầu ra quyết định hay không.

Độ nhạy, LOD và LOQ có phù hợp với mức thấp cần phát hiện không?

Độ nhạy được quan tâm nhiều khi phân tích môi trường vì nồng độ cần tìm đôi khi rất thấp. Tuy nhiên, “thiết bị nhạy” và “phương pháp đủ khả năng định lượng ở mức thấp” không phải là một khái niệm.

Cần phân biệt ít nhất ba câu hỏi:

Phương pháp có phát hiện được không? Đây là vấn đề của giới hạn phát hiện.

Phương pháp có định lượng được không? Đây là vấn đề của giới hạn định lượng và hiệu năng tại vùng nồng độ thấp.

Kết quả ở vùng thấp có đủ ổn định để phục vụ quyết định không? Đây mới là câu hỏi về tính phù hợp với mục tiêu.

Ví dụ, trong quy trình Method Detection Limit của EPA, MDL được định nghĩa dựa trên mức thấp nhất có thể báo cáo với độ tin cậy 99% rằng tín hiệu đo có thể phân biệt với kết quả của mẫu trắng theo quy trình quy định. EPA cũng lưu ý rằng độ phát hiện phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống đo, không chỉ độ nhạy của bộ phát hiện; nền, vật tư, thiết bị và quy trình phòng thí nghiệm đều có thể ảnh hưởng.

Điều này dẫn tới một nguyên tắc thực tế: LOD thấp không tự động đồng nghĩa phương pháp phù hợp. Nếu mục tiêu là định lượng quanh một mức rất thấp, cần xem đồng thời LOD, LOQ, độ chụm và độ đúng ở vùng đó. Nếu tín hiệu chỉ vừa vượt ngưỡng phát hiện nhưng biến động lớn, phương pháp có thể phù hợp cho phát hiện hiện diện nhưng chưa đủ tốt cho định lượng.

Nền mẫu, tính chọn lọc và các điều kiện đo có làm sai lệch đánh giá không?

Một phương pháp có thể hoạt động tốt trên dung dịch chuẩn nhưng cho kết quả khác khi áp dụng vào mẫu môi trường thực tế. Nguyên nhân là nền mẫu có thể gây nhiễu, làm thay đổi hiệu suất tách, phản ứng, thu hồi hoặc đáp ứng của hệ đo.

Vì vậy, đánh giá phương pháp phải xem xét toàn bộ chuỗi đo, không chỉ bước đọc tín hiệu cuối cùng. Việc lấy mẫu, bảo quản, xử lý mẫu, chiết, pha loãng, làm sạch nền, hiệu chuẩn và phép đo đều có thể góp phần vào biến động của kết quả. Eurachem hiện cũng nhấn mạnh việc xem xét lấy mẫu và xử lý mẫu trong bối cảnh xác nhận phương pháp.

Một số câu hỏi cần đặt ra là:

·         Phương pháp có bị ảnh hưởng bởi các thành phần nền thường gặp không?

·         Có cần hiệu chỉnh nền hoặc chuẩn hóa đặc biệt không?

·         Độ thu hồi có thay đổi theo nền mẫu không?

·         Kết quả có ổn định khi điều kiện đo thay đổi trong phạm vi dự kiến không?

·         Phương pháp có tính chọn lọc đủ để phân biệt chất cần đo với các chất gây nhiễu không?

Đây cũng là nơi cần xác định giới hạn áp dụng. Một phương pháp phù hợp cho nước sạch chưa chắc phù hợp nguyên trạng cho nước thải có tải lượng hữu cơ hoặc chất rắn cao. Nếu điều kiện thực tế khác xa điều kiện đã dùng để đánh giá hiệu năng, kết luận về tính phù hợp sẽ yếu đi.

Chốt phương pháp bằng ma trận yêu cầu thay vì chọn theo một chỉ tiêu

Sau khi có dữ liệu về hiệu năng, nên chuyển chúng thành một quyết định có cấu trúc. Không nên để một tiêu chí duy nhất, chẳng hạn độ nhạy hoặc khoảng đo, quyết định toàn bộ lựa chọn.

Từ ma trận này, có thể chia kết quả thành ba trường hợp. Phù hợp khi tất cả tiêu chí trọng yếu đều đáp ứng mục tiêu. Phù hợp có điều kiện khi phương pháp đáp ứng nhưng cần pha loãng, xử lý nền, giới hạn khoảng áp dụng hoặc điều kiện kiểm soát cụ thể. Không phù hợp khi một tiêu chí quan trọng không thể đáp ứng, chẳng hạn giới hạn định lượng cao hơn nhiều so với mức cần kết luận hoặc độ không đảm bảo quá lớn quanh ngưỡng quyết định.

Điểm mấu chốt là tiêu chí chấp nhận phải được xác lập trước khi diễn giải kết quả hiệu năng. Khi đã biết mục tiêu, mới có thể nói một mức độ chính xác, độ nhạy hay độ không đảm bảo là đủ hay chưa.

Một phương pháp đo môi trường phù hợp không phải là phương pháp có nhiều thông số “đẹp” nhất, mà là phương pháp chứng minh được năng lực đo tương ứng với quyết định cần đưa ra. Trình tự đánh giá nên đi từ mục tiêu phân tích đến khoảng đo, rồi đến độ chính xác và độ chụm, độ nhạy ở vùng thấp, độ không đảm bảo, ảnh hưởng nền và các yêu cầu kỹ thuật hoặc pháp lý. Khi các tiêu chí này được đối chiếu cùng nhau, lựa chọn phương pháp trở thành một quyết định có cơ sở thay vì chỉ dựa vào thông số của thiết bị.

Đặc biệt, không nên kết luận phương pháp phù hợp chỉ vì thiết bị có độ nhạy cao hoặc khoảng đo rộng. Điều quyết định là kết quả thu được có đủ tin cậy trong chính vùng giá trị và điều kiện mà phép phân tích cần sử dụng hay không.