Cách lựa chọn phương pháp phân tích môi trường phù hợp

Vì vậy, việc lựa chọn cần bắt đầu từ câu hỏi: cần xác định chất gì, trong loại mẫu nào, ở khoảng nồng độ nào và kết quả phải đáng tin cậy đến mức nào? EPA cũng định hướng lựa chọn phương pháp dựa trên ma trận mẫu và chất phân tích; đồng thời xem xét độ nhạy, độ đúng, độ chụm, mục tiêu chương trình và nguồn lực sẵn có.

Những yếu tố quyết định việc lựa chọn phương pháp phân tích môi trường

Một phương pháp phù hợp phải đồng thời đáp ứng nhiều điều kiện, thay vì chỉ được chọn vì thiết bị hiện đại hoặc giới hạn phát hiện thấp. Các yếu tố chính gồm:

·         Loại mẫu và ma trận mẫu như nước, nước thải, đất, bùn, chất thải, không khí hoặc mẫu sinh học

·         Chất phân tích cần xác định và dạng hóa học cần đo

·         Khoảng nồng độ dự kiến của chất phân tích

·         Giới hạn phát hiện hoặc giới hạn định lượng cần đạt

·         Độ đúng và độ chụm cần thiết cho mục đích sử dụng dữ liệu

·         Khả năng chịu ảnh hưởng của nền mẫu và các chất gây nhiễu

·         Quy trình lấy mẫu, bảo quản và chuẩn bị mẫu tương thích với phương pháp

·         Phạm vi áp dụng và trạng thái thẩm định/xác nhận của phương pháp

·         Tiêu chuẩn, quy chuẩn hoặc yêu cầu pháp lý áp dụng cho phép thử

·         Khả năng QA/QC của phòng thí nghiệm

·         Thiết bị, nhân lực, thời gian và chi phí

Các yếu tố này có thứ tự ưu tiên. Trước tiên phương pháp phải phù hợp về kỹ thuật và chất lượng dữ liệu; chi phí hay tốc độ chỉ nên được dùng để so sánh giữa các phương án đã đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Ma trận mẫu và chất phân tích là điều kiện lựa chọn đầu tiên

Cùng một chất ô nhiễm nhưng xuất hiện trong nước sạch, nước thải, đất hay bùn có thể đòi hỏi những quy trình hoàn toàn khác nhau. Nguyên nhân là ma trận mẫu quyết định cách chất phân tích được giữ lại, giải phóng, chiết tách và đưa vào thiết bị.

Nước có hàm lượng chất rắn thấp thường có quy trình xử lý khác với nước thải giàu chất hữu cơ. Đất và bùn lại có thể giữ kim loại hoặc hợp chất hữu cơ trên bề mặt hạt, khiến bước phá mẫu hoặc chiết mẫu trở thành một phần quyết định của phép thử. Với mẫu khí, việc thu giữ chất phân tích trên màng lọc, dung dịch hấp thụ hoặc vật liệu hấp phụ còn ảnh hưởng trực tiếp đến lượng chất thực sự được đưa tới bước phân tích.

Do đó, không nên chọn kỹ thuật đo trước rồi mới cố điều chỉnh mẫu cho phù hợp. Cần xác định đồng thời:

Ma trận → chất phân tích → dạng cần xác định → chuẩn bị mẫu → kỹ thuật đo.

EPA SW-846 cũng tổ chức việc lựa chọn quy trình dựa trên sample matrix và analytes to be determined, đồng thời coi khâu chuẩn bị và phép đo là các bước của một quy trình phân tích tổng thể.

Ảnh hưởng của ma trận còn phải được kiểm tra bằng QC thích hợp. Chẳng hạn, kết quả matrix spike/matrix spike duplicate có thể phản ánh khả năng áp dụng của toàn bộ quy trình đối với chính nền mẫu đang xét, trong khi mẫu kiểm soát phòng thí nghiệm giúp phân biệt vấn đề của hệ thống phân tích với ảnh hưởng riêng của ma trận.

Nồng độ dự kiến quyết định khoảng đo và độ nhạy cần thiết

Phương pháp chỉ có giá trị khi khoảng làm việc của nó phù hợp với mức nồng độ cần xác định. Nếu chất phân tích tồn tại ở mức rất thấp nhưng giới hạn định lượng của phương pháp cao hơn mức cần đánh giá, kết quả có thể chỉ cho biết “không định lượng được” dù chất vẫn hiện diện.

Ngược lại, mẫu có nồng độ quá cao so với khoảng hiệu chuẩn cũng không nên được đo trực tiếp. Khi đó có thể cần pha loãng, giảm lượng mẫu hoặc điều chỉnh bước chuẩn bị để đưa tín hiệu vào khoảng làm việc đã được kiểm soát.

Điểm cần xem xét không đơn thuần là “thiết bị phát hiện được thấp đến đâu”, mà là mức thấp nhất có thể định lượng một cách đáng tin cậy trong toàn bộ quy trình, bao gồm chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng nền.

Trong hệ thống EPA, cách biểu diễn ngưỡng thấp còn phụ thuộc chương trình áp dụng. Các chương trình theo Clean Water Act vẫn sử dụng khái niệm Method Detection Limit (MDL), trong khi SW-846 hiện thúc đẩy Lower Limit of Quantitation (LLOQ) để xác lập giới hạn báo cáo; LLOQ phải được kiểm chứng qua các bước chuẩn bị và xác định của phương pháp.

Vì vậy, khi lựa chọn phương pháp nên so sánh:

Nồng độ hoặc ngưỡng cần đánh giá → giới hạn báo cáo/định lượng của phương pháp → khoảng hiệu chuẩn → khả năng xử lý mẫu thực tế.

Một phương pháp có giới hạn cực thấp không tự động tốt hơn nếu độ nhạy đó không cần thiết và đổi lại là quy trình phức tạp, dễ nhiễm bẩn hoặc tốn nguồn lực hơn.

Độ đúng và độ chụm phải phù hợp với mục đích sử dụng kết quả

Hai phương pháp có thể cùng phát hiện được một chất nhưng tạo ra chất lượng dữ liệu khác nhau.

Độ đúng phản ánh mức độ gần giữa kết quả đo và giá trị được xem là đúng hoặc giá trị tham chiếu. Độ chụm phản ánh mức độ nhất quán giữa các phép đo lặp lại trong những điều kiện xác định.

Đây là các tiêu chí đặc biệt quan trọng khi kết quả được sử dụng để so sánh với một ngưỡng quản lý. Ví dụ, nếu giá trị đo nằm gần giới hạn cần đánh giá, sai lệch hoặc biến thiên của phương pháp có thể ảnh hưởng trực tiếp đến cách diễn giải kết quả.

Không tồn tại một mức phần trăm độ thu hồi hoặc độ lệch tương đối duy nhất phù hợp với tất cả phép phân tích môi trường. Tiêu chí chấp nhận phải lấy từ phương pháp, chương trình QA/QC, SOP hoặc mục tiêu chất lượng dữ liệu tương ứng. EPA cũng yêu cầu độ đúng và độ chụm phải đủ để chất lượng dữ liệu đáp ứng mục tiêu của chương trình, thay vì áp dụng một ngưỡng chung cho mọi chất và mọi ma trận.

Do đó, phương pháp có độ nhạy cao nhưng cho độ thu hồi không ổn định trong nền mẫu thực tế vẫn có thể kém phù hợp hơn một phương pháp ít nhạy hơn nhưng đạt yêu cầu định lượng và kiểm soát chất lượng một cách ổn định.

Ảnh hưởng nền và chuẩn bị mẫu có thể thay đổi phương pháp phù hợp

Một sai lầm phổ biến là đánh giá phương pháp chủ yếu dựa trên thiết bị phân tích. Trên thực tế, hiệu quả của toàn bộ phép thử phụ thuộc cả chuỗi:

Lấy mẫu → bảo quản → chuẩn bị mẫu → tách hoặc làm sạch → đo → hiệu chuẩn → QA/QC.

Nền mẫu có thể gây tăng hoặc giảm tín hiệu, tạo đỉnh chồng lấp, làm giảm hiệu suất chiết, gây nhiễm bẩn hệ thống hoặc khiến chất phân tích bị mất trong quá trình xử lý. Khi đó, một thiết bị có độ nhạy danh nghĩa cao chưa chắc tạo ra dữ liệu tốt trên mẫu thực tế.

Việc lựa chọn vì thế phải kiểm tra ít nhất ba vấn đề.

Thứ nhất, phương pháp đã được chứng minh phù hợp với loại ma trận đó hay chưa. Một phương pháp được xác nhận trên nước sạch không nên mặc nhiên được coi là có hiệu năng tương đương trên bùn hoặc chất thải phức tạp.

Thứ hai, cần xác định cơ chế gây nhiễu và cách kiểm soát. Giải pháp có thể nằm ở pha loãng mẫu, phá mẫu, chiết, làm sạch, lựa chọn bước sóng hoặc ion đặc trưng, sử dụng nội chuẩn hay áp dụng kỹ thuật hiệu chỉnh nền tùy phương pháp.

Thứ ba, phải kiểm tra hiệu năng trên mẫu thực tế bằng QC phù hợp. EPA nhấn mạnh matrix spike và matrix spike duplicate là công cụ quan trọng để đánh giá khả năng áp dụng của cách tiếp cận phân tích đối với ma trận mẫu cụ thể.

Như vậy, “phù hợp với chất phân tích” chưa đủ; phương pháp còn phải hoạt động ổn định với nền mẫu thực tế.

Mục tiêu dữ liệu và yêu cầu tiêu chuẩn giới hạn phạm vi lựa chọn

Phương pháp dùng để khảo sát sơ bộ có thể không cần cùng mức hiệu năng với phương pháp dùng để báo cáo tuân thủ, xác nhận sự cố hoặc ra quyết định quản lý. Vì thế, mục đích cuối cùng của dữ liệu cần được xác định trước khi chọn phương pháp.

Nếu phép thử thuộc phạm vi của một quy chuẩn, giấy phép, chương trình giám sát hoặc phương pháp tiêu chuẩn bắt buộc, trước hết phải kiểm tra phương pháp nào được chấp nhận cho mục đích đó. Không nên thay thế bằng một kỹ thuật khác chỉ vì kỹ thuật mới nhanh hoặc nhạy hơn nếu tính tương đương và phạm vi áp dụng chưa được chứng minh.

Đối với năng lực phòng thí nghiệm, ISO/IEC 17025:2017 đặt trọng tâm vào năng lực, tính khách quan và hoạt động nhất quán nhằm tạo ra kết quả thử nghiệm đáng tin cậy. Tiêu chuẩn này là nền tảng quốc tế để đánh giá năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu lực của quá trình thực hiện phép thử.

Điều đó dẫn đến một nguyên tắc thực tế: không chỉ hỏi phương pháp có tồn tại hay không, mà còn phải hỏi phòng thí nghiệm có chứng minh được khả năng thực hiện phương pháp với chất lượng cần thiết hay không.

Cách chốt phương pháp phân tích phù hợp trong thực tế

Có thể lựa chọn phương pháp theo một chuỗi quyết định từ yêu cầu bắt buộc đến yếu tố tối ưu hóa:

1.    Xác định mẫu và chất cần phân tích

2.    Làm rõ ma trận, chất phân tích và dạng cần báo cáo

3.    Xác định mục tiêu sử dụng kết quả

4.    Phân biệt khảo sát, quan trắc, nghiên cứu hay dữ liệu phục vụ yêu cầu quản lý

5.    Xác định khoảng nồng độ cần đo

6.    Đối chiếu với khoảng làm việc, giới hạn định lượng và giới hạn báo cáo của phương pháp

7.    Kiểm tra độ đúng và độ chụm cần đạt

8.    Dùng các tiêu chí chất lượng của phương pháp, chương trình hoặc SOP thay vì một ngưỡng chung

9.    Đánh giá ảnh hưởng của nền mẫu

10.  Xem xét hiệu suất thu hồi, nhiễu, bước chuẩn bị và dữ liệu QC trên ma trận tương ứng

11.  Kiểm tra phạm vi áp dụng và yêu cầu tiêu chuẩn

12.  Ưu tiên phương pháp được công nhận hoặc quy định khi mục tiêu sử dụng dữ liệu yêu cầu

13.  Đánh giá năng lực phòng thí nghiệm

14.  Thiết bị, hiệu chuẩn, chất chuẩn, nhân sự, QA/QC và khả năng xác nhận hiệu năng phải đáp ứng phương pháp

15.  So sánh thời gian và chi phí

16.  Chỉ tối ưu các yếu tố này sau khi những phương án còn lại đều đáp ứng yêu cầu chất lượng dữ liệu

Cách tiếp cận này tránh hai cực đoan thường gặp: chọn phương pháp rẻ nhất nhưng không đủ chất lượng hoặc chọn kỹ thuật nhạy và phức tạp nhất dù mục tiêu thực tế không cần đến mức đó.

Phương pháp phân tích môi trường phù hợp được lựa chọn chủ yếu dựa trên ma trận mẫu, chất phân tích, nồng độ dự kiến, độ nhạy cần thiết, độ đúng, độ chụm, ảnh hưởng nền và mục đích sử dụng dữ liệu. Các yêu cầu tiêu chuẩn, khả năng QA/QC và năng lực phòng thí nghiệm tiếp tục xác định phương pháp đó có thể được áp dụng một cách đáng tin cậy hay không.

Vì vậy, tiêu chí quan trọng nhất không phải là phương pháp nào hiện đại nhất, mà là phương pháp nào tạo ra dữ liệu đủ nhạy, đủ chính xác và có thể kiểm soát chất lượng trong đúng loại mẫu và đúng mục đích phân tích.