مقدمه

با توجه به اینکه آلودگی محیط زیست به یک مشکل جدی تبدیل شده است، آزمایش کیفیت آب به بخش جدایی‌ناپذیری از حفاظت از محیط زیست، حفاظت از سلامت عمومی و مقررات صنعتی تبدیل شده است. چه آزمایش آب آشامیدنی باشد، چه پایش تخلیه فاضلاب صنعتی یا ارزیابی اکولوژیکی رودخانه‌ها و دریاچه‌ها، داده‌های دقیق تجزیه و تحلیل کیفیت آب، اساس تصمیم‌گیری علمی و مدیریت انطباق با قوانین است.

به عنوان اولین گام در فرآیند آزمایش کیفیت آب، دقت جمع‌آوری نمونه مستقیماً با قابلیت اطمینان کل فرآیند آزمایش مرتبط است.ویال‌های آنالیز آب EPA، به عنوان ظروف حمل نمونه‌ها، اگرچه از نظر اندازه کوچک و از نظر ظاهری ساده هستند، اما عامل کلیدی برای اطمینان از عدم آلودگی نمونه‌ها، عدم واکنش و حفظ پایداری آنها می‌باشند.اگر انتخاب نامناسب باشد، نه تنها منجر به تحریف داده‌های آزمایش می‌شود، بلکه حتی ممکن است باعث نمونه‌برداری مکرر، تأخیر در پیشرفت کار و افزایش هزینه‌ها شود.

تعریف و طبقه‌بندی ویال‌های آنالیز آب EPA

ویال‌های آنالیز آب EPA، ظروف نمونه‌برداری تخصصی هستند که استانداردهای نمونه‌برداری و آنالیز EPA را برآورده می‌کنند و در درجه اول برای جمع‌آوری و نگهداری نمونه‌های آب برای آزمایش‌های آزمایشگاهی بعدی استفاده می‌شوند. این ویال‌ها متناسب با اقلام آزمایش مختلف، الزامات نگهداری و ویژگی‌های مواد طراحی شده‌اند تا آلودگی، تخریب یا تغییرات ترکیبی را در حین حمل و نقل و ذخیره‌سازی به حداقل برسانند و دقت و تکرارپذیری نتایج تحلیلی را تضمین کنند.

با توجه به مواد و عملکردهای مختلف، ویال‌های آنالیز آب EPA عمدتاً به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

۱. ویال‌های شیشه‌ای

• معمولاً برای جمع‌آوری آلاینده‌های آلی استفاده می‌شود زیرا بی‌اثر است، به راحتی مواد هدف را جذب نمی‌کند و می‌تواند در برابر استریلیزاسیون در دمای بالا مقاومت کند. اغلب مجهز به درپوش‌های پیچی و واشرهای PTFE/سیلیکون برای افزایش آب‌بندی و پایداری شیمیایی است.

۲. بطری‌های پلی‌اتیلن

• شامل مواد پلی اتیلن با چگالی بالا و پلی اتیلن با چگالی کم، معمولاً برای نمونه‌برداری از پنج سطح آلاینده مانند یون‌های فلزی، نمک‌های مغذی، آنیون‌ها و کاتیون‌ها استفاده می‌شود. این بطری‌ها مقاوم در برابر ضربه و سبک هستند و آنها را برای حمل و نقل در محل و استفاده در حجم بالا مناسب می‌کنند.

۳. بطری‌های کهربایی

• این دستگاه عملکرد سایه‌زنی خوبی دارد و به‌طور ویژه برای آنالیز مواد حساس به نور استفاده می‌شود که می‌تواند به‌طور مؤثر از واکنش‌های شیمیایی یا تجزیه ناشی از اشعه ماوراء بنفش جلوگیری کند.

۴. بطری‌های تفلونی

• مناسب برای آنالیزهای با دقت بالا و در سطح ردیابی، مانند جمع‌آوری فلزات سنگین ردیابی یا نمونه‌های بسیار خورنده. PTFE مقاومت شیمیایی و بی‌اثری عالی دارد و تقریباً با هیچ ماده‌ای واکنش نمی‌دهد، اما نسبتاً گران است.

هر ماده از ویال‌های آنالیز آب EPA دامنه کاربرد خاص خود را دارد، انتخاب باید بر اساس ماهیت اقلام آزمایش، خواص فیزیکی و شیمیایی هدف و همچنین پیش‌تصفیه برای مطابقت با نوع بطری مناسب و شرایط پیش‌تصفیه باشد. اگر ظرف به درستی انتخاب نشود، ممکن است با داده‌های آزمایش تداخل ایجاد کند، یا منجر به هدر رفتن نمونه شود یا حتی نیاز به جمع‌آوری مجدد داشته باشد که بر کل فرآیند پروژه تأثیر می‌گذارد.

عوامل کلیدی در انتخاب ویال‌های آنالیز آب EPA

در آزمایش کیفیت آب، انتخاب ویال‌های مناسب برای آنالیز آب EPA برای اطمینان از نتایج دقیق، اساسی است.

۱. نوع مورد آزمون

موارد آزمایش مختلف با الزامات نمونه‌برداری متفاوتی مطابقت دارند، بنابراین اولین قدم در انتخاب ویال‌های آنالیز آب EPA، تعریف موارد آزمایش است:

• تشخیص آلاینده‌های آلی: مانند ترکیبات آلی فرار، ترکیبات آلی نیمه فرار و غیره، باید از بطری‌های شیشه‌ای استفاده شود. جنس شیشه به طور مؤثر از جذب و تبخیر اجزای آلی جلوگیری می‌کند و اغلب لازم است از قبل اسید اضافه شود تا فعالیت میکروبی مهار شود و از تخریب هدف جلوگیری شود.
• تشخیص فلزات سنگینمانند سرب، جیوه، کادمیوم و سایر عناصر فلزی کمیاب، باید از بطری‌های پلی‌اتیلن با چگالی بالا استفاده شود، زیرا هیچ تداخل زمینه فلزی ندارد، یون‌های فلزی را به راحتی جذب نمی‌کند و پایداری شیمیایی خوبی دارد.
• آزمایش میکروبیولوژیکی: مانند باکتری‌های کلیفرم، تعداد کل کلونی‌ها و غیره، برای اطمینان از عدم آلودگی نمونه‌ها قبل از حمل و نقل، نیاز به استفاده از بطری‌های پلاستیکی استریل و یکبار مصرف، معمولاً PET یا پلی پروپیلن، وجود دارد.

۲. انتخاب مواد

کیفیت مواد مختلف ویژگی‌های خاص خود را دارد و بر داده‌های آزمایش تأثیر متفاوتی می‌گذارد:

• بطری‌های شیشه‌ایمقاوم در برابر دمای بالا، از نظر شیمیایی بی‌اثر، به راحتی با مواد آلی واکنش نمی‌دهد، سازگار با آنالیز آلی. با این حال، وزن آن زیاد است، به راحتی می‌شکند، حمل و نقل آن نیاز به دقت دارد.
• بطری‌های پلاستیکی (پلی اتیلن، پلی پروپیلن و غیره)سبک، به راحتی نمی‌شکند، مناسب برای اکثر آنالیزهای معدنی. با این حال، برخی از پلاستیک‌ها ممکن است آلاینده‌های آلی را جذب کرده یا ناخالصی‌های پس‌زمینه را آزاد کنند که برای آنالیزهای آلی ناچیز مناسب نیست.

۳. آیا پیش‌پردازش لازم است؟

ویال‌های آنالیز آب EPA اغلب برای حفظ پایداری نمونه، نیاز به پر کردن اولیه با مواد نگهدارنده یا تیمار دارند:

• مواد نگهدارنده رایج شامل HCl، HNO₃ و NaOH هستند.
• پیش‌تصفیه در محل: می‌تواند تغییرات را به حداقل برساند، اما نیاز به یک عملیات استاندارد و شرایط خاص در محل دارد.
• پیش‌پردازش آزمایشگاهی: عملیات دقیق‌تر، اما نیاز به شرایط نگهداری نمونه بالاتر دارد و ممکن است در طول حمل و نقل تغییراتی ایجاد کند.

۴. رنگ بطری

• بطری قهوه‌ای: برای نمونه‌برداری از مواد حساس به نور، مانند برخی از آفت‌کش‌ها، آلاینده‌های آلی و غیره استفاده می‌شود. می‌تواند به طور مؤثر اشعه ماوراء بنفش را مسدود کرده و تخریب نمونه را به تأخیر بیندازد.
• بطری شفافمناسب برای پروژه‌های غیر حساس به نور، مشاهده آسان رنگ نمونه‌های آب، کدورت و سایر خواص فیزیکی، اما برای تشخیص ترکیبات حساس به نور توصیه نمی‌شود.

۵. انتخاب حجم

• باید بر اساس روش آزمایش باشد. الزامات آزمایشگاهی و طرح پروژه برای انتخاب حجم بطری. مشخصات رایج عبارتند از ۴۰ میلی‌لیتر، ۱۲۵ میلی‌لیتر، ۵۰۰ میلی‌لیتر و غیره.
• برخی پروژه‌ها مستلزم آن هستند که مقدار مشخصی «فضای خالی بالای سر» برای اضافه کردن معرف‌ها یا جلوگیری از انجماد و انبساط باقی بماند؛ در حالی که برخی پروژه‌ها مستلزم آن هستند که هیچ فضایی باقی نماند و بطری تا ظرفیت کامل پر شود.

استانداردها و الزامات نظارتی EPA

در آزمایش کیفیت آب، ظروف نمونه‌برداری نه تنها بخشی از عملیات آزمایشی هستند، بلکه بخش مهمی از کنترل دقیق هنجارهای نظارتی، EPA (آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده) در تعدادی از روش‌های آزمایش در ویال‌های آنالیز آب هستند تا مقررات روشنی برای نوع آنالیز آب، مواد و نحوه‌ی جابجایی ایجاد شود تا اطمینان حاصل شود که داده‌های تحلیلی از نظر علمی، دقت و انطباق قانونی دارند.

۱. استانداردهای رایج نظارت بر کیفیت آب و الزامات بطری نمونه‌برداری EPA

در زیر چندین روش آزمایش EPA و الزامات خاص آنها برای نمونه‌برداری از بطری‌ها آورده شده است:

• EPA 524.2 (آزمایش VOC): مستلزم استفاده از بطری‌های شیشه‌ای بدون سر خالی ۴۰ میلی‌لیتری با واشرهای آب‌بندی PTFE/سیلیکون و افزودن اسید هیدروکلریک به عنوان نگهدارنده به بطری است. بطری باید تا بالا و بدون حباب هوا یا فضای خالی پر شود تا از خروج ترکیبات آلی فرار (VOCs) جلوگیری شود.
• EPA 200.8 (تشخیص عناصر فلزی با روش ICP-MS)توصیه می‌شود از بطری‌های پلاستیکی HDPE استفاده شود، بطری‌ها باید قبل از اسیدی شدن به اسید نیتریک اضافه شوند تا از جذب رسوب فلز جلوگیری شود.
• سری EPA 300 (آنالیز کروماتوگرافی یونی آنیون‌ها و کاتیون‌ها)بطری‌های پلی‌پروپیلن یا پلی‌اتیلن را می‌توان بدون افزودن اسید استفاده کرد، بطری‌ها باید تمیز و عاری از یون‌های مزاحم مربوطه باشند.
• سری EPA 1600 (آزمایش میکروبیولوژیکی): به بطری‌های پلاستیکی استریل و یکبار مصرف نیاز دارد که معمولاً برای کل کلیفرم‌ها، انتروکوک‌ها و سایر شاخص‌ها استفاده می‌شود، می‌توان مقدار مناسبی تیوسولفات سدیم برای خنثی‌سازی باقیمانده کلر به بطری اضافه کرد.

هر استاندارد مقررات سختگیرانه‌ای در مورد نوع بطری، حجم، دمای نگهداری و زمان نگهداری دارد و نادیده گرفتن هر یک از این جزئیات ممکن است منجر به داده‌های نامعتبر شود.

۲. الزامات سیستم اعتباربخشی آزمایشگاهی برای ظروف نمونه‌برداری

در عمل، بسیاری از آزمایشگاه‌های شخص ثالث نیاز به اعتباربخشی تخصصی دارند، مانند:

• کنفرانس ملی اعتباربخشی آزمایشگاه‌های محیط زیست (NELAC): صراحتاً ایجاب می‌کند که ظروف نمونه‌برداری، رویه‌های نمونه‌برداری و روش‌های نگهداری با استانداردهای EPA یا ملی مطابقت داشته باشند و زنجیره کاملی از نمونه‌ها مستند شود.
• ISO/IEC 17025 (الزامات عمومی برای صلاحیت آزمایشگاه‌های آزمون و کالیبراسیون): بر قابلیت ردیابی، مدیریت استاندارد دستگاه‌های نمونه‌برداری و سوابق استفاده از آنها و ایجاد SOPها (روش‌های عملیاتی استاندارد) برای انتخاب، تمیز کردن و ذخیره‌سازی ظروف تأکید دارد.

آزمایشگاه‌هایی که این اعتبارنامه‌ها را گذرانده‌اند، ملزم به داشتن یک سیستم مدیریت جمع‌آوری نمونه دقیق هستند و انتخاب و استفاده از بطری‌های نمونه‌برداری باید برای ممیزی‌های داخلی یا خارجی مستند شود.

۳. پیامدهای عملی عملیات انطباق

انتخاب ویال‌های آنالیز آب با استاندارد EPA و یخ مناسب، مطابق با مقررات، نه تنها به برآورده کردن الزامات آزمایشگاه یا برنامه مربوط می‌شود، بلکه مستقیماً به موارد زیر نیز مربوط می‌شود:

• اطمینان از اعتبار علمی و قانونی داده‌های آزمایشروش‌های نمونه‌برداری و نگهداری مطابق با قانون، مبنایی برای به رسمیت شناخته شدن داده‌های پایش توسط ادارات دولتی، دادگاه‌ها یا جامعه هستند.
• گذراندن بررسی‌های پروژه و ممیزی‌های کیفیتبه خصوص در فرآیندهای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی، مجوزهای انتشار، پذیرش زیست‌محیطی و غیره، استفاده استاندارد از بطری‌های نمونه‌برداری می‌تواند از بازگشت یا آزمایش مجدد به دلیل عدم انطباق جلوگیری کند.
• از هدر رفتن نمونه و خطر جمع‌آوری مجدد آن جلوگیری کنید: هنگامی که یک نمونه نامعتبر تشخیص داده شود، نیاز به جمع‌آوری مجدد آن وجود دارد که نه تنها پیشرفت را به تأخیر می‌اندازد، بلکه هزینه نیروی کار، مواد و حمل و نقل را نیز افزایش می‌دهد.

اقدامات احتیاطی در طراحی و اجرا

حتی اگر ویال‌های آنالیز آب EPA مطابق با استانداردهای EPA انتخاب شوند، جابجایی نامناسب در طول نمونه‌برداری، ذخیره‌سازی و حمل و نقل ممکن است همچنان منجر به آلودگی نمونه، خراب شدن یا نامعتبر شدن داده‌ها شود. بنابراین، توجه دقیق به هر جزئیات برای اطمینان از صحت نمونه و اعتبار نتایج آزمایش بسیار مهم است.

۱. بررسی آب‌بندی درپوش

آب‌بندی ویال‌های آنالیز آب EPA مستقیماً به این بستگی دارد که آیا نمونه در طول مدت نگهداری تبخیر می‌شود، نشت می‌کند یا با جذب رطوبت واکنش نشان می‌دهد یا خیر:

• قبل از نمونه‌برداری، باید بررسی شود که آیا درب بطری محکم به دهانه آن چسبیده است یا خیر، و آیا تغییر شکل، شکستگی یا فرسودگی وجود دارد یا خیر.
• برای تشخیص ترکیبات آلی فرار و سایر موارد بسیار حساس، استفاده از یک درپوش آب‌بندی رزوه‌دار با واشر PTFE/سیلیکون، سفت کردن آن و سپس بررسی عدم وجود نشتی، اهمیت بیشتری دارد.
• برای جلوگیری از تماس طولانی مدت با ماده، درب ظرف باید بلافاصله پس از اتمام نمونه‌برداری بسته شود.

۲. روش‌هایی برای جلوگیری از آلودگی متقاطع

هر عملیات غیرتمیز، پتانسیل ایجاد تداخل‌های پس‌زمینه را دارد که می‌تواند بر سطح پس‌زمینه نمونه تأثیر بگذارد، به‌ویژه در تجزیه و تحلیل مقادیر ناچیز یا تشخیص میکروبی بسیار مهم است:

• برای هر بار جمع‌آوری نمونه از دستکش یکبار مصرف استفاده کنید و قبل از بازی بطری را تعویض کنید تا از آلودگی متقاطع جلوگیری شود.
• از ابزارهای نمونه‌برداری تخصصی (مثلاً میله‌های نمونه‌برداری، پمپ‌های نمونه‌برداری و غیره) استفاده کنید و آنها را بین نقاط نمونه‌برداری کاملاً تمیز یا تعویض کنید.
• برای نمونه‌هایی که نیاز به پیش‌تیمار در محل دارند، از پیپت‌ها یا ویال‌های تمیز که از قبل با مواد نگهدارنده پر شده‌اند استفاده کنید تا از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض هوا جلوگیری شود.

۳. الزامات نگهداری و حمل و نقل نمونه

نمونه‌های آب در صورت عدم نگهداری یا حمل و نقل صحیح در طول دوره جمع‌آوری تا زمان تجزیه و تحلیل تجربی، مستعد تغییر، تخریب یا خرابی هستند:

• دمای نگهداریبیشتر ویال‌های آنالیز آب EPA باید در شرایط یخچال با دمای ۴ درجه سانتیگراد نگهداری شوند و معمولاً در یک جعبه یخچال‌دار یا کیسه یخ حمل می‌شوند؛ نمونه‌های میکروبیولوژیکی باید کاملاً از نظر دما کنترل شده و ظرف ۶ ساعت آنالیز شوند.
• زمان نگهداریاقلام مختلف حداکثر زمان نگهداری متفاوتی دارند، مثلاً ۱۴ روز برای VOCها، ۴۸ ساعت برای نمک‌های مغذی و تا ۶ ماه برای فلزات سنگین (تحت شرایط قبل از اسیدی شدن).
• برچسب زدن ظروف: هر بطری نمونه باید با برچسب شماره جابجایی که زمان و مکان نمونه‌برداری، نام مورد و روش نگهداری را نشان می‌دهد، برچسب‌گذاری شود تا از سردرگمی نمونه جلوگیری شود.
• سوابق حمل و نقلتوصیه می‌شود برای ثبت کل فرآیند نمونه از جمع‌آوری تا آزمایشگاه، از برگه نمونه‌برداری و جمع‌آوری نمونه و اوه آه استفاده شود تا نیازهای کنترل کیفیت و حسابرسی برآورده شود.

نمونه‌هایی از تصورات غلط و خطاهای رایج

در کار واقعی پایش کیفیت آب، به دلیل عدم آگاهی از مشخصات بطری‌های نمونه‌برداری، اغلب خطاهای عملیاتی، تأثیرات به ظاهر جزئی اما جدی بر نتایج دارند. در ادامه، چندین سوءتفاهم رایج و نتایج ناشی از آنها، برای مرجع و هشدار، فهرست شده است.

۱. آلودگی یا جذب نمونه به دلیل استفاده از ماده نامناسب

• اگر از بطری‌های پلاستیکی معمولی برای جمع‌آوری نمونه‌های VOC استفاده شود، بطری‌های پلاستیکی (به‌ویژه PVC یا پلی‌اتیلن با کیفیت پایین) مستعد جذب یا نفوذ آلاینده‌های آلی هستند که منجر به کاهش غلظت هدف و مقدار تشخیص کم یا حتی غیرقابل تشخیص می‌شود. باید از بطری‌های شیشه‌ای تحت نظارت EPA با سرهای بدون هوا استفاده شود و واشرهای PTFE/سیلیکون در آستر درب برای اطمینان از بی‌اثر بودن شیمیایی و آب‌بندی آن به کار رود.

۲. نادیده گرفتن اثرات حساسیت به نور منجر به تخریب نمونه می‌شود

• اگر از بطری‌های شیشه‌ای شفاف برای جمع‌آوری نمونه‌های باقیمانده آفت‌کش‌ها استفاده شود و پس از نمونه‌برداری برای مدت طولانی در معرض نور خورشید قرار گیرند، برخی مواد آلی مانند آفت‌کش‌ها، PAHها و مواد نیتروآروماتیک به نور بسیار حساس هستند و ممکن است در زیر نور تجزیه و تغییر شکل دهند و منجر به نتایج تحریف‌شده شوند. برای اقلام حساس به نور، باید از بطری‌های قهوه‌ای برای نمونه‌برداری استفاده شود و نمونه‌ها باید پس از نمونه‌برداری به سرعت نگهداری و از نور محافظت شوند و همچنین باید در حین حمل و نقل از نور مستقیم خورشید اجتناب شود.

۳. بدون مواد نگهدارنده یا شرایط نگهداری نامناسب، خراب شدن نمونه

• اگر نمونه‌های نیتروژن آمونیاکی بدون مواد نگهدارنده جمع‌آوری شده و قبل از ارسال برای آزمایش به مدت ۲۴ ساعت در یخچال نگهداری شده باشند. در دمای اتاق، میکروارگانیسم‌ها به سرعت نیتروژن آمونیاکی موجود در آب را متابولیزه کرده یا آن را به اشکال دیگر تبدیل می‌کنند که منجر به تغییر در غلظت نیتروژن آمونیاکی و بی‌اعتبار شدن نتایج آزمایش می‌شود. نمونه‌ها باید بلافاصله پس از جمع‌آوری با افزودن اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک اسیدی شوند تا فعالیت میکروبی مهار شود و در شرایط یخچالی با دمای ۴ درجه سانتیگراد حمل شوند تا از ارسال آنها برای آزمایش در مدت زمان مشخص شده اطمینان حاصل شود.

این تصورات غلط رایج به ما یادآوری می‌کند که انتخاب ویال‌های مناسب برای آنالیز آب EPA تنها گام اول است و مهم‌تر از آن، عملکرد استاندارد کل فرآیند و جزئیات کنترل، به منظور اطمینان از صحت و قابل اعتماد بودن داده‌های آزمایش کیفیت آب، با اعتبار قانونی و فنی، می‌باشد.

نتیجه‌گیری

در پایش کیفیت آب، ویال‌های آنالیز آب EPA، اگرچه فقط یک ظرف کوچک هستند، اما نقش حیاتی در کل فرآیند نمونه‌برداری و آنالیز ایفا می‌کنند. انتخاب ویال‌های آنالیز آب EPA برای اطمینان از دقت داده‌ها، قابلیت ردیابی و رعایت مقررات ضروری است.

تنها بر اساس انتخاب معقول بطری‌های نمونه‌برداری، همراه با رویه‌های عملیاتی استاندارد (مانند استفاده از مواد نگهدارنده، نگهداری دور از نور، حمل و نقل در یخچال و غیره)، می‌توان تغییرات در جمع‌آوری، نگهداری و حمل و نقل نمونه‌ها را به حداقل رساند تا اطمینان حاصل شود که نتایج نهایی آزمایش، واقعی، قابل اعتماد و از نظر قانونی معتبر هستند.

علاوه بر این، توصیه می‌شود که هر واحد به طور منظم آموزش‌های چشمی را برای نمونه‌گیران ترتیب دهد تا درک و اجرای استانداردهای EPA و مشخصات استفاده از بطری نمونه را بهبود بخشد، تا از مشکلاتی مانند استخراج مجدد، ابطال داده‌ها یا عدم موفقیت ممیزی به دلیل خطاهای عملیاتی جلوگیری شود و در نتیجه، حرفه‌ای‌گری و کیفیت کار نظارت بر کیفیت آب به طور جامع بهبود یابد.