Phân biệt đo lường và phân tích môi trường

Ví dụ, nhiệt độ nước, pH, độ dẫn điện hoặc oxy hòa tan có thể được đo trực tiếp tại hiện trường bằng đầu dò phù hợp. Ngược lại, để xác định kim loại, một số hợp chất hữu cơ hoặc các chỉ tiêu hóa học phức tạp, mẫu thường phải được lấy, bảo quản, xử lý và phân tích bằng phương pháp chuyên dụng. Vì vậy, cùng tạo ra một con số nhưng chuỗi thao tác và ý nghĩa kỹ thuật phía sau kết quả có thể rất khác nhau.

Đo lường môi trường tập trung vào giá trị của đại lượng tại thời điểm hoặc vị trí xác định

Mục tiêu chính của đo lường môi trường là trả lời câu hỏi: đại lượng đang quan tâm có giá trị bao nhiêu trong điều kiện đo cụ thể?

Thiết bị đo chuyển một đặc tính vật lý, hóa học hoặc tín hiệu môi trường thành giá trị có đơn vị hoặc thang đo xác định. Chẳng hạn, cảm biến nhiệt độ phản ánh nhiệt độ của môi trường tại vị trí đo; máy đo độ dẫn phản ánh khả năng dẫn điện của mẫu; đầu dò oxy hòa tan xác định nồng độ hoặc mức bão hòa oxy theo nguyên lý của thiết bị.

Đặc điểm quan trọng của đo lường là kết quả gắn chặt với:

·         Đại lượng được đo

·         Phương pháp hoặc nguyên lý đo

·         Thiết bị và phạm vi đo

·         Thời điểm, vị trí và điều kiện đo

·         Hiệu chuẩn và kiểm tra thiết bị

·         Độ chính xác, độ phân giải và độ không đảm bảo của kết quả

Trong quan trắc hiện trường, ưu thế của phép đo trực tiếp là hạn chế sự thay đổi của những thông số nhạy với thời gian và điều kiện bảo quản. Nhiệt độ, pH hoặc oxy hòa tan của nước có thể thay đổi sau khi lấy mẫu, nên kết quả đo tại chỗ thường phản ánh điều kiện môi trường tại thời điểm quan trắc tốt hơn việc chờ đưa mẫu về phòng thí nghiệm.

Tuy nhiên, đo trực tiếp không đồng nghĩa với kết quả luôn chính xác hơn. Một đầu dò chưa được hiệu chuẩn, cảm biến bị bám bẩn, nhiệt độ nằm ngoài điều kiện vận hành hoặc thao tác đo không đúng đều có thể gây sai lệch. Vì thế, bản chất của đo lường không chỉ là “đọc số trên máy” mà là duy trì một quá trình đo có khả năng truy xuất và kiểm soát chất lượng.

Phân tích môi trường tập trung vào thành phần, hàm lượng hoặc đặc tính của mẫu

Phân tích môi trường thường trả lời một câu hỏi khác: trong mẫu có chất hoặc đặc tính cần quan tâm hay không, và nếu có thì ở mức nào?

Quá trình này có thể gồm nhiều công đoạn liên tiếp:

1.    Lấy mẫu đại diện

2.    Bảo quản và vận chuyển mẫu

3.    Chuẩn bị hoặc tiền xử lý mẫu

4.    Tách, chiết, phá mẫu hoặc thực hiện phản ứng khi phương pháp yêu cầu

5.    Đưa mẫu vào hệ thống phân tích

6.    Hiệu chuẩn bằng chuẩn thích hợp

7.    Tính toán, kiểm soát chất lượng và xác nhận kết quả

Vì vậy, kết quả phân tích không chỉ phụ thuộc vào thiết bị ở bước cuối. Sai số có thể phát sinh ngay từ khâu lấy mẫu, nhiễm bẩn dụng cụ, thay đổi mẫu trong quá trình vận chuyển, hiệu suất chiết không phù hợp hoặc ảnh hưởng của nền mẫu.

Ví dụ, khi xác định một kim loại trong nước, thiết bị phân tích có thể tạo tín hiệu liên quan đến nồng độ kim loại. Nhưng để kết luận nồng độ trong mẫu ban đầu, phòng thí nghiệm còn phải kiểm soát đường chuẩn, mẫu trắng, mẫu kiểm soát, quá trình chuẩn bị mẫu và các yếu tố gây nhiễu. Đó là lý do hoạt động phân tích thường có chuỗi kiểm soát chất lượng dài hơn một phép đo hiện trường đơn giản.

ISO/IEC 17025 đặt ra các yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn, trong đó kết quả phải được tạo ra bằng phương pháp phù hợp, thiết bị được kiểm soát và các yếu tố ảnh hưởng đến tính hợp lệ của kết quả phải được quản lý. Với mẫu nước, bộ tiêu chuẩn ISO 5667 cũng cho thấy lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu là những thành phần có quan hệ trực tiếp với chất lượng của kết quả phân tích.

Khác biệt lớn nhất nằm ở mục tiêu và chuỗi phương pháp

Có thể phân biệt hai hoạt động qua các tiêu chí chính sau:

Ranh giới này không tuyệt đối. Trong một phương pháp phân tích, thiết bị vẫn thực hiện phép đo tín hiệu. Máy quang phổ, sắc ký hoặc hệ thống phân tích nguyên tố đều tạo ra tín hiệu đo được trước khi tín hiệu được chuyển thành kết quả phân tích.

Do đó, đo lường có thể là một công đoạn của phân tích, nhưng toàn bộ quá trình phân tích không thể được rút gọn thành thao tác đo trên thiết bị.

Đo trực tiếp và phân tích mẫu tạo ra hai loại bằng chứng khác nhau

Sự khác biệt về phương pháp dẫn đến khác biệt về giá trị thông tin.

Một phép đo trực tiếp có ưu thế khi cần biết trạng thái môi trường ngay tại thời điểm và vị trí quan trắc. Nếu cần theo dõi biến động liên tục, hệ thống cảm biến có thể ghi nhận dữ liệu với tần suất cao, qua đó phát hiện những dao động mà việc lấy một vài mẫu rời rạc khó thể hiện.

Phân tích mẫu lại phù hợp khi câu hỏi nằm ở thành phần cụ thể và cần phương pháp có khả năng tách, nhận diện hoặc định lượng chất cần xác định. Nó có thể cung cấp thông tin mà một cảm biến đo trường thông thường không thể tạo ra.

Hai loại dữ liệu vì vậy không nên thay thế cho nhau một cách máy móc. Một giá trị pH đo tại hiện trường không trả lời được nồng độ kim loại trong mẫu. Ngược lại, kết quả phân tích một mẫu lấy tại một thời điểm cũng không tự động đại diện cho toàn bộ biến động liên tục của nguồn nước.

Ý nghĩa thực tế là phương pháp phải được lựa chọn từ câu hỏi cần trả lời, thay vì bắt đầu từ thiết bị đang có.

Chất lượng kết quả phụ thuộc vào những nguồn sai số khác nhau

Với đo lường môi trường, kiểm soát chất lượng tập trung nhiều vào hệ thống đo. Thiết bị cần được hiệu chuẩn hoặc kiểm tra theo yêu cầu của phương pháp; cảm biến phải được bảo dưỡng; điều kiện đo phải phù hợp; người thực hiện cần ghi nhận vị trí, thời gian và các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Với phân tích môi trường, phạm vi kiểm soát rộng hơn vì mẫu phải trải qua một chuỗi thao tác. Một kết quả phân tích tốt không thể bù đắp cho mẫu đã bị biến đổi hoặc lấy không đại diện.

Đây là lý do tiêu chuẩn về lấy mẫu được tách thành một nhóm yêu cầu riêng. ISO 5667-1 hướng dẫn thiết kế chương trình và kỹ thuật lấy mẫu nước, còn các phần khác của bộ ISO 5667 đề cập đến bảo quản, xử lý và bảo đảm chất lượng mẫu trong những tình huống cụ thể. Điều đó phản ánh một nguyên tắc quan trọng: độ tin cậy của kết quả phân tích bắt đầu trước khi mẫu đi vào thiết bị.

Cũng cần tránh quan niệm rằng kết quả phòng thí nghiệm luôn “chuẩn hơn” kết quả hiện trường. Hai kết quả có thể đang mô tả hai trạng thái khác nhau. Với thông số dễ thay đổi sau lấy mẫu, phép đo tại chỗ có thể cần thiết; với chất cần tách hoặc định lượng ở nồng độ thấp, phân tích phòng thí nghiệm lại có lợi thế về phương pháp và kiểm soát.

Trong quan trắc môi trường, đo lường và phân tích thường được sử dụng cùng nhau

Một chương trình quan trắc thực tế thường không lựa chọn duy nhất một trong hai.

Tại hiện trường, kỹ thuật viên có thể đo những thông số cần xác định ngay, đồng thời lấy mẫu cho các chỉ tiêu phải phân tích sau. Kết quả từ hai nhóm được kết hợp để mô tả trạng thái môi trường đầy đủ hơn.

Ví dụ với nước, nhiệt độ, pH, độ dẫn điện và oxy hòa tan có thể được đo tại vị trí lấy mẫu. Cùng thời điểm đó, các mẫu khác được lấy và bảo quản theo yêu cầu để xác định những chỉ tiêu hóa học hoặc sinh học bằng phương pháp thích hợp.

Cách phối hợp này còn giúp việc diễn giải dữ liệu chính xác hơn. Nhiệt độ, pH hay điều kiện oxy hóa – khử có thể ảnh hưởng đến trạng thái của nhiều chất trong môi trường. Có dữ liệu hiện trường bên cạnh kết quả phân tích giúp người đánh giá hiểu mẫu được hình thành trong điều kiện nào, thay vì chỉ nhận một bảng nồng độ tách khỏi bối cảnh.

Nên chọn đo lường hay phân tích môi trường dựa trên câu hỏi cần trả lời

Nếu mục tiêu là biết một đại lượng đang ở mức nào tại thời điểm quan trắc, đặc biệt với thông số thay đổi nhanh hoặc cần theo dõi liên tục, đo trực tiếp thường là lựa chọn phù hợp.

Nếu mục tiêu là biết mẫu chứa thành phần gì, hàm lượng bao nhiêu hoặc có đáp ứng một chỉ tiêu phân tích cụ thể hay không, cần lựa chọn phương pháp phân tích tương ứng.

Trong nhiều trường hợp, câu trả lời đúng không phải “đo hay phân tích” mà là xác định phần nào cần đo tại hiện trường và phần nào cần lấy mẫu để phân tích. Quyết định này nên dựa trên đặc tính của thông số, giới hạn phát hiện cần thiết, mức độ biến đổi của mẫu, yêu cầu của phương pháp và mục tiêu sử dụng dữ liệu.

Vì vậy, có thể tóm tắt sự khác nhau bằng một nguyên tắc: đo lường tạo giá trị của đại lượng thông qua một phép đo xác định; phân tích tạo kết luận về thành phần hoặc đặc tính của mẫu thông qua một quy trình phân tích có thể bao gồm nhiều phép đo. Hai hoạt động có phần giao nhau nhưng đảm nhiệm những nhiệm vụ khác nhau trong chuỗi tạo dữ liệu môi trường đáng tin cậy.

Đo lường và phân tích môi trường khác nhau chủ yếu ở mục tiêu và quy trình tạo kết quả. Đo lường hướng đến giá trị của một đại lượng trong điều kiện xác định, còn phân tích hướng đến việc nhận diện hoặc định lượng thành phần, hàm lượng và đặc tính của mẫu. Trong thực tế quan trắc, hai hoạt động thường bổ sung cho nhau: phép đo hiện trường cung cấp trạng thái tức thời, còn phân tích mẫu cung cấp thông tin chuyên sâu về những chỉ tiêu cần phương pháp xử lý và kiểm soát phức tạp hơn.