Những yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo

Trong đo môi trường, các nguồn ảnh hưởng thường bắt đầu từ khâu lấy mẫu rồi đi qua bảo quản, xử lý mẫu, phương pháp đo, thiết bị, hiệu chuẩn, điều kiện thực hiện và xử lý kết quả. Đối với phép đo có nhiều đầu vào, các thành phần này được kết hợp theo mô hình đo để hình thành độ không đảm bảo của đại lượng đầu ra.

Lấy mẫu là yếu tố có thể làm thay đổi đáng kể độ không đảm bảo đo

Lấy mẫu quyết định mẫu đem phân tích có đại diện cho đối tượng môi trường cần đánh giá hay không. Nếu môi trường không đồng nhất, sai khác giữa vị trí, thời điểm, độ sâu hoặc cách chọn điểm lấy mẫu có thể tạo ra biến động đáng kể trước cả khi mẫu được đưa vào thiết bị phân tích.

Với nước, ISO 5667-1:2023 đưa ra nguyên tắc về thiết kế chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu cho nhiều loại nước, bùn, nước thải, trầm tích và chất rắn lơ lửng. Điều này cho thấy lấy mẫu là một phần của quá trình đo chứ không phải khâu tách rời khỏi việc đánh giá chất lượng kết quả.

Các yếu tố cần xem xét gồm:

·         Vị trí và số lượng điểm lấy mẫu

·         Thời gian và tần suất lấy mẫu

·         Tính đồng nhất hoặc không đồng nhất của môi trường

·         Phương pháp lấy mẫu

·         Dụng cụ và vật chứa mẫu

·         Khả năng nhiễm bẩn hoặc thất thoát chất phân tích

·         Điều kiện bảo quản và thời gian từ lấy mẫu đến phân tích

Một nguồn biến động khác là độ ổn định của chất cần đo sau khi mẫu được lấy. ISO/TS 5667-25:2022 tập trung vào việc xác định và kiểm chứng thời gian bảo quản chấp nhận được dưới những điều kiện như nhiệt độ, ánh sáng, nền mẫu và chất bảo quản. Nếu chất phân tích thay đổi trong thời gian lưu giữ, kết quả cuối cùng sẽ phản ánh cả quá trình biến đổi của mẫu chứ không còn đơn thuần là điều kiện tại thời điểm lấy mẫu.

Vì vậy, khi đánh giá độ không đảm bảo của kết quả đo môi trường, chỉ xem xét độ lặp lại của thiết bị mà bỏ qua lấy mẫu có thể dẫn tới đánh giá thiếu nguồn đóng góp quan trọng. Eurachem hiện cũng có hướng dẫn riêng về độ không đảm bảo phát sinh từ lấy mẫu và việc xác nhận các quy trình đo có bao gồm lấy mẫu.

Phương pháp đo và xử lý mẫu quyết định mức độ biến động của phép đo

Sau lấy mẫu, cách chuẩn bị và phân tích mẫu tiếp tục tạo ra các thành phần độ không đảm bảo. Một phương pháp có thể bao gồm nhiều bước như chiết, pha loãng, lọc, phân hủy, phản ứng hóa học hoặc chuyển đổi tín hiệu trước khi cho ra kết quả.

Mỗi bước có thể đưa thêm biến động thông qua thể tích, khối lượng, hiệu suất thu hồi, độ ổn định phản ứng, độ chọn lọc hoặc đặc tính của nền mẫu. Eurachem nhấn mạnh việc sử dụng dữ liệu xác nhận phương pháp và các dữ liệu chất lượng liên quan trong xây dựng đánh giá độ không đảm bảo, đồng thời hướng dẫn phương pháp luận cho cả lấy mẫu và đánh giá chức năng hiệu chuẩn.

Một phương pháp đo cũng cần phù hợp với mục đích sử dụng của kết quả. Nếu phương pháp có độ phân giải, độ nhạy hoặc khoảng làm việc không phù hợp với đại lượng cần đo, độ không đảm bảo có thể tăng lên hoặc kết quả khó đáp ứng yêu cầu quyết định.

Trong thực tế, nên tách rõ ba câu hỏi:

·         Phương pháp có đo đúng đại lượng cần đo hay không

·         Các bước chuẩn bị mẫu có tạo thêm biến động đáng kể hay không

·         Dữ liệu xác nhận phương pháp có đủ để định lượng các nguồn đóng góp hay không

Điều này đặc biệt quan trọng với các phép phân tích môi trường có nồng độ thấp, nền mẫu phức tạp hoặc nhiều bước xử lý.

Thiết bị và hiệu chuẩn ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần độ không đảm bảo

Thiết bị đo không chỉ tạo ra sai khác do độ phân giải hay nhiễu. Đặc tính của hệ thống đo, tình trạng vận hành và thông tin thu được từ hiệu chuẩn đều có thể trở thành các thành phần trong đánh giá độ không đảm bảo.

VIM định nghĩa độ không đảm bảo đo của thiết bị là thành phần phát sinh từ dụng cụ hoặc hệ thống đo đang được sử dụng, và cho biết thông tin về thành phần này thường được thu nhận thông qua hiệu chuẩn hoặc từ thông số kỹ thuật của thiết bị.

Các yếu tố thường cần xem xét gồm:

·         Độ phân giải của thiết bị

·         Độ ổn định và độ trôi theo thời gian

·         Độ tuyến tính

·         Độ lặp lại

·         Ảnh hưởng của tải hoặc khoảng đo

·         Tình trạng thiết bị trước và trong khi đo

·         Dữ liệu hiệu chuẩn

·         Độ không đảm bảo của chuẩn được sử dụng

·         Khả năng truy xuất đo lường

Hiệu chuẩn không đơn giản là một thủ tục xác nhận thiết bị “đúng”. Nó tạo ra thông tin để đánh giá mối quan hệ giữa chỉ thị của thiết bị và giá trị quy chiếu, đồng thời cung cấp cơ sở cho thành phần độ không đảm bảo liên quan đến hệ thống đo. VIM quy định truy xuất đo lường của kết quả dựa trên một chuỗi hiệu chuẩn có tài liệu hóa và mỗi mắt xích trong chuỗi đều góp phần vào độ không đảm bảo.

Do đó, một thiết bị mới hoặc có độ phân giải cao không mặc nhiên đồng nghĩa với kết quả có độ không đảm bảo thấp. Điều quan trọng là thiết bị được sử dụng trong điều kiện nào, được hiệu chuẩn ra sao và toàn bộ hệ thống đo được kiểm soát như thế nào.

Điều kiện môi trường và thao tác thực hiện có thể làm tăng độ biến động

Điều kiện môi trường là nguồn ảnh hưởng cần xem xét khi phép đo nhạy với nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, rung, nhiễu điện hoặc các điều kiện vật lý khác. VIM xác định phép đo gắn với một hệ thống đo đã hiệu chuẩn và vận hành theo quy trình trong các điều kiện đo xác định.

Trong đo môi trường, điều kiện thực tế còn có thể tác động đến chính mẫu. Chẳng hạn, nhiệt độ, ánh sáng hoặc thời gian bảo quản có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của chất cần phân tích, trong khi điều kiện lấy mẫu có thể thay đổi theo thời gian hoặc vị trí. Việc kiểm soát điều kiện này vì thế phải được xem như một phần của mô hình đo chứ không chỉ là yêu cầu vận hành phòng thí nghiệm.

Con người cũng tạo ra nguồn biến động thông qua cách thao tác và tuân thủ quy trình. Những khác biệt trong đọc thiết bị, chuẩn bị mẫu, pipet, cân, thời gian phản ứng hoặc ghi nhận dữ liệu có thể ảnh hưởng đến kết quả. Khi các biến động này có tính lặp lại và có thể đánh giá được bằng dữ liệu thực nghiệm, chúng có thể được đưa vào đánh giá độ không đảm bảo theo cách tiếp cận phù hợp. GUM và VIM phân biệt các thành phần có thể đánh giá từ phân bố thống kê của các phép đo lặp với các thành phần được đánh giá từ thông tin khác như kinh nghiệm, thông số kỹ thuật hoặc phân bố xác suất giả định.

Xử lý dữ liệu, mô hình đo và mối tương quan cũng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng

Độ không đảm bảo của kết quả cuối cùng không nhất thiết bằng cách cộng đơn giản mọi thành phần. VIM mô tả hàm đo là quan hệ hoặc thuật toán biến đổi các đại lượng đầu vào thành đại lượng đầu ra; chính hàm đo cũng được sử dụng để tính độ không đảm bảo liên quan đến kết quả.

Điều này khiến các yếu tố như công thức tính, hệ số hiệu chỉnh, phép đổi đơn vị, hệ số pha loãng hoặc các đại lượng đầu vào khác trở thành một phần của mô hình cần đánh giá.

Mối tương quan giữa các đầu vào cũng có ý nghĩa. Hai nguồn biến động không phải lúc nào cũng độc lập hoàn toàn; nếu có quan hệ giữa chúng, cách kết hợp các thành phần trong mô hình phải phản ánh mối quan hệ đó thay vì coi tất cả là các nguồn độc lập.

Một điểm quan trọng khác là độ không đảm bảo gắn với giá trị kết quả và tập thông tin được sử dụng để tạo ra kết quả đó. Khi giá trị được tính lại hoặc mô hình đo thay đổi, độ không đảm bảo liên quan cũng có thể thay đổi.

Vì thế, một bảng tính hoặc phần mềm cho kết quả với nhiều chữ số thập phân không đồng nghĩa với việc kết quả có độ không đảm bảo thấp. Chất lượng thực sự phụ thuộc vào mô hình đo, dữ liệu đầu vào và cách định lượng từng nguồn đóng góp.

Cách nhận diện và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo

Muốn giảm độ không đảm bảo, trước hết cần xác định nguồn đóng góp nào thực sự chi phối kết quả thay vì chỉ tập trung vào thiết bị. GUM và các hướng dẫn Eurachem đều đặt việc nhận diện, định lượng và kết hợp các thành phần độ không đảm bảo vào trung tâm của quá trình đánh giá.

Một cách tiếp cận thực tế là xây dựng bảng ngân sách độ không đảm bảo theo chuỗi:

1.    Xác định rõ đại lượng cần đo và mục đích sử dụng kết quả

2.    Mô tả toàn bộ quy trình từ lấy mẫu đến kết quả cuối cùng

3.    Liệt kê các đại lượng đầu vào có khả năng đóng góp

4.    Phân loại thành phần có thể đánh giá từ dữ liệu lặp và thành phần đánh giá từ thông tin khác

5.    Định lượng từng thành phần bằng dữ liệu phù hợp

6.    Kiểm tra các mối tương quan và hệ số ảnh hưởng trong mô hình đo

7.    Xác định nguồn đóng góp lớn nhất để ưu tiên biện pháp kiểm soát

Trong môi trường nước, các tiêu chuẩn ISO 5667 cũng cho thấy việc kiểm soát lấy mẫu và xử lý mẫu là một phần quan trọng của đảm bảo chất lượng. ISO 5667-14:2014 cung cấp hướng dẫn về đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng đối với lấy mẫu, xử lý nước môi trường.

Điểm cần tránh là cố giảm mọi nguồn ảnh hưởng theo cùng một mức độ. Một nguồn có đóng góp rất nhỏ không nhất thiết cần đầu tư nguồn lực tương đương với nguồn đang chi phối độ không đảm bảo tổng thể. Mục tiêu hợp lý là xác định các thành phần có ảnh hưởng đáng kể và kiểm soát chúng bằng biện pháp phù hợp với mục đích của phép đo.

Như vậy, yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo không chỉ nằm ở thiết bị hay hiệu chuẩn. Với kết quả đo môi trường, độ không đảm bảo có thể hình thành từ toàn bộ chuỗi đo: thiết kế và thực hiện lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu, phương pháp phân tích, thiết bị, hiệu chuẩn, điều kiện môi trường, thao tác của người thực hiện và mô hình xử lý dữ liệu. Muốn có kết quả đáng tin cậy, cần nhìn toàn bộ phép đo như một hệ thống và định lượng các nguồn đóng góp theo cùng một logic đo lường, thay vì chỉ tìm một “nguyên nhân gây sai số” duy nhất.