Vai trò của lấy mẫu môi trường đối với kết quả phân tích

Vì vậy, vai trò của lấy mẫu môi trường không đơn thuần là thu một lượng nước, đất, bùn hay vật chất khác để mang về phòng thử nghiệm. Lấy mẫu là bước kết nối giữa đối tượng môi trường thực tế và giá trị định lượng cuối cùng. Chất lượng của kết nối này quyết định liệu kết quả có thể được dùng để mô tả hiện trạng, so sánh giữa các vị trí hoặc làm căn cứ cho một nhận định môi trường hay không.

Mẫu phải đại diện đúng đối tượng trước khi kết quả phân tích có ý nghĩa

Yêu cầu đầu tiên của lấy mẫu là mẫu phải đại diện cho đối tượng và mục tiêu đang được khảo sát. Một giá trị nồng độ chỉ có ý nghĩa khi phần vật chất được đưa vào phòng thử nghiệm phản ánh đúng điều kiện mà người khảo sát muốn đánh giá.

EPA xem thiết kế lấy mẫu là thành phần nền tảng của quá trình thu thập dữ liệu môi trường và nhấn mạnh rằng tính đại diện phụ thuộc vào việc vị trí, số lượng và phương thức lấy mẫu có phù hợp với mục tiêu nghiên cứu hay không. Một thiết kế tạo ra dữ liệu không đại diện sẽ không thể được bù đắp chỉ bằng phân tích phòng thí nghiệm có chất lượng cao.

Điều này đặc biệt quan trọng vì môi trường thường không đồng nhất. Nồng độ chất ô nhiễm có thể thay đổi theo vị trí, độ sâu, dòng chảy, thời gian, nguồn phát thải hoặc trạng thái vận hành của hệ thống.

Chẳng hạn, một mẫu nước lấy ở vị trí nước đã pha loãng mạnh có thể cho nồng độ thấp hơn đáng kể so với khu vực chịu tác động trực tiếp của nguồn thải. Kết quả đo của phòng thử nghiệm vẫn có thể hoàn toàn chính xác đối với mẫu đó, nhưng việc dùng con số này để đại diện cho toàn bộ khu vực sẽ dẫn đến kết luận sai.

Do đó, cần phân biệt hai vấn đề:

·         Độ chính xác phân tích cho biết phép đo xác định thành phần trong mẫu tốt đến đâu

·         Tính đại diện của mẫu cho biết mẫu đó phản ánh đối tượng môi trường cần đánh giá tốt đến đâu

Một kết quả phân tích tốt cần cả hai. Chỉ tối ưu bước phân tích mà bỏ qua tính đại diện không đủ để bảo đảm chất lượng dữ liệu cuối cùng.

Sai lệch có thể xuất hiện ngay trong quá trình thu và chứa mẫu

Sau khi xác định đúng vị trí, mẫu vẫn có thể bị sai lệch bởi chính thao tác lấy mẫu. Bình chứa, dụng cụ lấy mẫu, tay người thao tác, bụi, thiết bị kim loại hoặc phần mẫu còn sót lại từ lần lấy trước đều có thể trở thành nguồn nhiễm.

Rủi ro đặc biệt rõ khi phân tích các chất ở nồng độ thấp. Trong EPA Method 1669 dành cho lấy mẫu nước nhằm xác định kim loại vết, quy trình phải hạn chế tối đa việc mẫu tiếp xúc với con người, không khí và các nguồn nhiễm khác. Phương pháp còn sử dụng kỹ thuật “clean hands/dirty hands” để tách người trực tiếp xử lý bình và mẫu khỏi các thao tác có nguy cơ mang chất nhiễm vào mẫu.

Cơ chế gây sai lệch có thể xảy ra theo hai hướng.

Nhiễm thêm chất phân tích làm kết quả cao giả. Ví dụ, một lượng kim loại rất nhỏ từ dụng cụ không phù hợp có thể trở nên đáng kể khi nồng độ thực tế của mẫu vốn ở mức vết.

Ngược lại, mất chất phân tích có thể làm kết quả thấp giả. Chất cần đo có thể hấp phụ lên thành bình, bay hơi, kết tủa hoặc bị giữ lại trong một thao tác xử lý không phù hợp.

Vì vậy, lựa chọn bình chứa và thiết bị không phải thủ tục phụ. Vật liệu của chúng phải tương thích với chỉ tiêu phân tích, đồng thời quy trình vệ sinh và sử dụng phải kiểm soát được nguy cơ nhiễm chéo.

Đây cũng là lý do mẫu trắng hiện trường, mẫu lặp và các mẫu kiểm soát khác thường được đưa vào chương trình QA/QC. Chúng giúp nhận biết liệu sai lệch phát sinh từ môi trường thực tế hay từ chính quá trình lấy và xử lý mẫu.

Thành phần mẫu có thể thay đổi trước khi được đưa lên thiết bị phân tích

Một hiểu nhầm phổ biến là coi mẫu đã lấy vào chai như một vật thể có thành phần cố định. Trên thực tế, từ thời điểm mẫu rời môi trường ban đầu, nhiều quá trình vật lý, hóa học và sinh học vẫn tiếp tục diễn ra.

Đối với mẫu nước, các quá trình này có thể gồm:

·         Bay hơi các hợp chất dễ bay hơi

·         Oxy hóa hoặc khử khi điều kiện tiếp xúc với không khí thay đổi

·         Kết tủa hoặc hòa tan lại một số thành phần

·         Hấp phụ chất phân tích lên bề mặt bình chứa

·         Phân hủy hóa học

·         Hoạt động của vi sinh vật làm thay đổi thành phần mẫu

TCVN 6663-3:2016, được xây dựng trên ISO 5667-3:2012, cũng nêu rằng nước ngọt, nước thải và nước ngầm có thể thay đổi do các phản ứng vật lý, hóa học hoặc sinh học trong khoảng thời gian từ lấy mẫu đến phân tích, khiến nồng độ xác định khác với nồng độ ở thời điểm lấy nếu không áp dụng biện pháp phòng ngừa thích hợp.

Ở cấp quốc tế, ISO 5667-3:2024 hiện quy định các yêu cầu chung liên quan đến lấy mẫu, bảo quản, xử lý, vận chuyển và lưu giữ mẫu nước cho nhiều nhóm phép phân tích. Điều đó cho thấy kiểm soát mẫu sau khi thu là một phần của quá trình bảo đảm tính toàn vẹn của dữ liệu, chứ không tách rời khỏi phân tích.

Hệ quả thực tế rất rõ: kết quả phân tích phản ánh trạng thái của mẫu tại thời điểm được xử lý hoặc đo, nhưng mục tiêu thường là biết trạng thái của môi trường tại thời điểm lấy mẫu. Bảo quản đúng chính là cách hạn chế khoảng cách giữa hai trạng thái này.

Bảo quản và thời gian lưu giữ phải phù hợp với từng chỉ tiêu

Không tồn tại một điều kiện bảo quản duy nhất phù hợp với mọi chất phân tích. Loại bình, nhiệt độ, chất bảo quản, yêu cầu lọc và thời gian tối đa trước khi phân tích phụ thuộc vào cả chất cần xác định lẫn nền mẫu.

EPA QA/G-5 yêu cầu kế hoạch bảo đảm chất lượng xác định điều kiện cần thiết để duy trì trạng thái ban đầu của mẫu trong quá trình thu, vận chuyển và lưu giữ; đồng thời thời gian lưu giữ tối đa phải được xác định theo từng loại mẫu và chất phân tích vì mục đích của giới hạn này là duy trì độ ổn định.

Sự khác biệt giữa các yêu cầu có thể thấy ngay trong phân tích kim loại. EPA Method 200.8 quy định rằng đối với nguyên tố hòa tan, mẫu được lọc qua màng có kích thước lỗ 0,45 µm tại thời điểm lấy hoặc sớm nhất có thể, sau đó dịch lọc được axit hóa bằng axit nitric đến pH dưới 2. Với nguyên tố tổng có thể thu hồi, mẫu không được lọc mà được axit hóa đến pH dưới 2; khi được bảo quản axit đúng điều kiện, phương pháp cho phép mẫu nước được giữ đến 6 tháng trước khi phân tích.

Ví dụ này cho thấy một thao tác tưởng như rất nhỏ — lọc hay không lọc — thực tế liên quan trực tiếp đến đại lượng đang muốn đo. Nếu mẫu cần xác định tổng kim loại nhưng bị lọc như mẫu kim loại hòa tan, một phần kim loại gắn với hạt có thể bị loại khỏi mẫu trước khi đo. Con số cuối cùng khi đó không còn trả lời đúng câu hỏi ban đầu.

Tương tự, việc áp dụng thời gian lưu mẫu của chỉ tiêu này cho chỉ tiêu khác cũng không hợp lý. Thời hạn phù hợp phải được xác định theo phương pháp phân tích, loại mẫu và yêu cầu kỹ thuật tương ứng, thay vì dựa vào một quy tắc chung như “giữ lạnh là đủ”.

Sai sót trước phân tích không thể được sửa chỉ bằng thiết bị chính xác hơn

Đây là điểm thể hiện rõ nhất vai trò của lấy mẫu môi trường.

Giả sử nồng độ thực tế tại vị trí cần đánh giá là C. Nếu mẫu đã bị nhiễm thêm một lượng chất trước khi vào phòng thử nghiệm, thiết bị có độ chính xác rất cao sẽ đo chính xác mẫu đã bị nhiễm, chứ không phục hồi được giá trị C.

Tương tự, nếu một chất đã bay hơi, phân hủy hoặc bị loại bỏ trong quá trình xử lý, thiết bị chỉ nhìn thấy phần còn lại.

Có thể hiểu chuỗi đo theo cách đơn giản:

Môi trường thực tế → Lấy mẫu → Bảo quản và vận chuyển → Chuẩn bị mẫu → Phân tích → Kết quả

Sai lệch ở mỗi mắt xích đều có thể truyền đến giá trị cuối cùng. Tuy nhiên, sai lệch ở giai đoạn đầu đặc biệt nguy hiểm vì mọi công đoạn sau đều làm việc trên mẫu đã bị thay đổi.

Đó là lý do kết quả phòng thử nghiệm “đẹp”, độ lặp tốt hoặc thiết bị có giới hạn phát hiện thấp chưa đủ để chứng minh dữ liệu môi trường đáng tin cậy. Các chỉ số đó chủ yếu phản ánh chất lượng của quá trình đo từ mẫu đã nhận. Chúng không tự chứng minh rằng mẫu ban đầu được lấy đúng vị trí, đúng thời điểm và vẫn giữ nguyên đặc tính cần xác định.

Nói cách khác, phòng thử nghiệm có thể phân tích chính xác một mẫu sai. Khi đó phép đo đúng về mặt thiết bị nhưng kết luận về môi trường vẫn sai.

Một quy trình lấy mẫu đáng tin cậy phải kiểm soát toàn bộ chuỗi trước phân tích

Lấy mẫu đúng không nên được hiểu thành một thao tác duy nhất tại hiện trường. Đây là chuỗi kiểm soát bắt đầu từ mục tiêu quan trắc và kéo dài đến khi mẫu được tiếp nhận để phân tích.

Về thực hành, chương trình lấy mẫu cần làm rõ ít nhất các vấn đề sau:

·         Mục tiêu lấy mẫu: Kết quả sẽ đại diện cho vị trí, khu vực, thời điểm hay điều kiện vận hành nào

·         Vị trí và thời điểm: Điểm lấy, độ sâu, thời gian và tần suất có phù hợp với biến động của đối tượng hay không

·         Phương pháp lấy: Thiết bị và thao tác có làm thay đổi hoặc gây nhiễm mẫu hay không

·         Bình chứa: Vật liệu, độ sạch và thể tích có phù hợp với chỉ tiêu phân tích hay không

·         Xử lý tại hiện trường: Có yêu cầu lọc, điều chỉnh pH hoặc thao tác đặc biệt nào không

·         Bảo quản và vận chuyển: Nhiệt độ, ánh sáng, chất bảo quản và thời gian lưu giữ có đúng yêu cầu phương pháp hay không

·         Kiểm soát chất lượng: Có mẫu trắng, mẫu lặp hoặc biện pháp QC phù hợp để phát hiện nhiễm và đánh giá độ lặp hay không

·         Truy xuất mẫu: Thời gian, địa điểm, mã mẫu, người lấy, điều kiện bảo quản và quá trình bàn giao có được ghi nhận đầy đủ hay không

Không phải mọi chương trình đều cần áp dụng cùng một bộ kiểm soát. Mức độ kiểm soát phải tương ứng với nền mẫu, chỉ tiêu, nồng độ dự kiến, phương pháp phân tích và mục đích sử dụng dữ liệu. Phân tích chất ở mức vết, chẳng hạn, thường đòi hỏi kiểm soát nhiễm nghiêm ngặt hơn nhiều so với một phép đo ít nhạy với nhiễm từ dụng cụ.

Điều quan trọng là quy trình lấy mẫu phải được thiết kế từ yêu cầu của kết quả cần thu được, thay vì lấy mẫu trước rồi mới quyết định sẽ phân tích như thế nào.

Lấy mẫu môi trường đúng cách quan trọng vì kết quả phân tích chỉ đáng tin cậy khi mẫu vừa đại diện đúng đối tượng, vừa giữ được đặc tính cần đo cho đến thời điểm phân tích. Sai vị trí có thể tạo mẫu không đại diện; thao tác không sạch có thể gây nhiễm; bảo quản hoặc vận chuyển không phù hợp có thể làm chất phân tích biến đổi hoặc mất đi.

Vì thế, chất lượng dữ liệu môi trường được hình thành từ trước khi mẫu đến phòng thử nghiệm. Thiết bị phân tích chính xác giúp giảm sai số của phép đo, nhưng không thể khôi phục thông tin đã bị mất hoặc sửa một mẫu đã bị sai lệch. Kiểm soát tốt bước lấy mẫu chính là điều kiện để giá trị đo cuối cùng thực sự mô tả môi trường mà chương trình quan trắc muốn đánh giá.