Thử nghiệm độc tính môi trường và sản phẩm

Độc tính là tiềm ẩn của một chất có ảnh hưởng bất lợi hoặc có hại cho sinh vật sống. Một chất độc là một tác nhân (ví dụ, toàn bộ nước xả thải) có thể gây ra tác động bất lợi trong hệ thống sinh học, làm hỏng nghiêm trọng cấu trúc hoặc chức năng của hệ thống sinh học hoặc gây chết cho sinh vật. Phản ứng bất lợi có thể xác định thông qua đo lườngmà kết quả vượt quágiới hạn bình thường đối với các sinh vật khỏe mạnh, chẳng hạn như chết, sinh sản hoặc tăng trưởng bất thường.

Các thử nghiệm độc tính xác định mức độ độc tính, nếu có, có trong mẫu và khoảng thời gian phơi nhiễm cần thiết để độc tính biểu lộ rõ ràng như tác dụng phụ. Các sinh vật được tiếp xúc trong các buồng thử nghiệm với nồng độ khác nhau của mẫu. Các tiêu chí về hiệu ứng, chẳng hạn như tỷ lệ chết và sinh sản, được đánh giá bằng cách so sánh các sinh vật tiếp xúc với các nồng độ pha loãng khác nhau của mẫu với các sinh vật (đối chứng) chỉ tiếp xúc với nước pha loãng không độc hại.

Phản ứng cấp tính là những phản ứng xảy ra nhanh chóng do tiếp xúc thời gian ngắn. Xem như phơi nhiễm có liên quan đến khoảng thời gian sống của sinh vật. Các phản ứng cấp tính xảy ra thông thường nhấtđối với các sinh vật dưới nước là gây chết. Các phản ứng mãn tính xảy ra khi nước thải hoặc chất độc tạo ra sựảnh hưởng bất lợi do tiếp xúc nhiều lần hoặc lâu dài. Các phản ứng mãn tính bao gồm các phản ứng gây chết (tăng trưởng và/hoặc sinh sản bất thường).

Phân tích thống kê và lập mô hình toán học tóm tắt dữ liệu thu thập được trong quá trình thử nghiệm độc tính. Ứng dụng cụ thể của các hình thức này có thể khá đơn giản hoặc cực kỳ phức tạp. Tuy nhiên, phân tích cuối cùng (sau khi thực hiện thống kê) dễ hiểu. Tất cả hình thức thống kê được xác định cụ thể cho từng quy trình.

Khi đo độ độc cấp tính của mẫu, mục tiêu là đo lường một phạm vi nồng độ nước thải  hoặc một nồng độ cụ thể tạo ra phản ứng dễ quan sát và định lượng. Phản ứng có thể định lượng thường được quan sát nhất là tỷ lệ chết, sau đó sử dụng để tính giá trị LC50 hoặc xác định xem có gây chết cấp tính đáng kể hay không. LC50 là nồng độ ước tính gây chết ở 50% số sinh vật thử nghiệm trong một khoảng thời gian được xác định.

Thử nghiệm mãn tính đo lường cả phản ứng phụ và gây chết trong thời gian thử nghiệm lâu hơn và đo lường các phản ứng trong giai đoạn nhạy cảm của vòng đời sinh vật.

Khái quát

Các thử nghiệm độc tính mà Nghiên cứu Thủy Quyển sử dụng và yêu cầu tiến hành các phép thử NPDES là các thử nghiệm được kiểm soát trong phòng thử nghiệm, trong đó nồng độ mẫu là biến số chính để đánh giá phản ứng. Các thử nghiệm này được chuẩn hóa nhằm tối đa hóa khả năng so sánh. Các giao thức thử nghiệm độc tính thường xác định mức độ phơi nhiễm của sinh vật thử với nồng độ cố định của mẫu trong một khoảng thời gian xác định. Lựa chọn loài (sinh vật thử nghiệm) là một yếu tố xác định quy trình thử nghiệm độc tính cụ thể. Lựa chọn các loài thử nghiệm dựa trên nuôi cấy dễ dàng trong phòng thử nghiệm, khi sẵnthông tin cơ bản đầy đủ như sinh lý học, di truyền học, phản ứng và độ nhạy cảm với một loạt các chất độc. Các loài thử nghiệm thường là một trong những loài sau: bọ chét nước ceriodaphnia dubia, fathead minnow, pimephales promelas, bannerfin shiner, DETinella leedi, mysid tômis, mysidopsis bahia hoặc silverside minnow, menidia. Có thể sử dụng các loài khác để thử nghiệm chomục đích cụ thể. Các thử nghiệm này thường không thay đổi, có nghĩa là duy trì các sinh vật theo phương pháp thử nghiệm ban đầu trong suốt quá trình thử nghiệm.

Tất cả các thử nghiệm độc tính bao gồm một cuộc kiểm soát (hoặc mẫu chưa được xử lý) để đảm bảo các phản ứng quan sát được liên kết với hoặc có thể quy kết bị phơi nhiễm với vật liệu thử. Điều nàygiải thích cơ bản về kết quả thử nghiệm bằng cách xác định các biến đổi không mong muốn.

Chuẩn bị các mẫu để thử nghiệm bằng cách trộn đều, cho phép nhiệt độ đạt tiêu chuẩn và thông khí nếu oxy hòa tan (DO) là 4 mg/L dưới đây. Đo dư lượng tổng clo. Sau đó, mẫu được giảm xuống mực nước kiểm soát, thông thường là năm nồng độ (với số lần lặp lại thích hợp) từ 0 đến 100% mẫu. Các bình thử nghiệm chứa đầy thể tích dung dịch thử thích hợp. Chuyển các sinh vật thử nghiệm đến buồng thử nghiệm theo cách ngẫu nhiên. Đo độ DO và pH ban đầu trong các bình pha loãng và bình dung dịch mẫu riêng biệt. Thử nghiệm được ủ ở 25°C với chu kỳ 16: 8 giờ: chu kỳ sáng:tối. Ghi chép lại tỷ lệ chết của các sinh vật thử nghiệm sau thời gian thử nghiệm được xác định cùng với độ pH, oxy hòa tan và nhiệt độ cuối cùng.

Lựa chọn mẫu

Trước khi lấy mẫu nước thải và thực hiện thử nghiệm độc tính, lấy mẫu bằngđồ thủy tinh và thiết bị bằng thép không gỉ hoặc thiết bị teflon được làm sạch bằng xà phòng và nước nóng.Sau đó, rửa bằng axit nitric, acetone và nước cất/khử ion để loại bỏ chất độc và chất gây ô nhiễm. Thu thập mẫuđểsử dụng trong các thử nghiệm không thay đổi dưới mức clo hóa hoặc dưới dạng hỗn hợp 24 giờ (tùy thuộc vào yêu cầu cho phép). Phải thu thập mẫu và lưu trữ cùng với một lượng nước đá đủ để duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 0° đến 6°C cho đến khi được tiếp nhận tại phòng thử nghiệm. Yêu cầu Nghiên cứu Thủy Quyển đo nhiệt độ mẫu khi nhận được tại phòng thử nghiệm. Nếu nhiệt độ này vượt quá các tiêu chuẩn cho phép, mẫu không đủ điều kiện cho các thử nghiệmhợp lệvà các kết quả như vậy sẽ không được chấp nhận.Ngoài ra, trong bất kỳ trường hợp nào cũngkhông được để mẫu dưới dạng đông lạnh. Sẽ không chấp nhận sử dụng các mẫu đông lạnh. Sự phối hợp của các phương pháp lấy mẫu và vận chuyển mẫu nên được thảo luận với Nghiên cứu Thủy Quyển để đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn.

Các phép thử độc cấp tính

Các thử nghiệm độc cấp tính xác định liệu một số nồng độ mẫu sẽ có ảnh hưởng xấu đến một nhóm các sinh vật thử nghiệm trong thời gian ngắn phơi nhiễm theo các điều kiện có kiểm soát hay không. Về mặt thực nghiệm, phản ứng gây chết 50% (nồng độ mà 50% sinh vật thử nghiệm chết) là độ đo sản sinh nhiều nhất của độc cấp tính. Các thử nghiệm độc cấp tính có thể là 24, 48 hoặc 96 giờ.

LC50 hay nồng độ nước thải làm chết 50% sinh vật thử nghiệm trong giai đoạn thử nghiệm được tính theo dữ liệu chết thông qua sử dụng một trong các phương pháp như được mô tả trong các giao thức thử nghiệm cấp tính của EPA.

Các phép thử độc mãn tính

Các phép thử độc mãn tính cho phép đánh giá phản ứng về biến dạng của mẫu trong các điều kiện tiếp xúc lâu dài. Kéo dài thời gian thử nghiệm bao gồm: hoàn thiện một hoặc nhiều vòng đời hoặc thực hiện thử nghiệm giai đoạn sống nhạy cảm tại thời điểm phát hiện các tác động bất lợi tinh tế hơn, chẳng hạn như giảm sự tăng trưởng và sinh sản. Đánh giá các tác động này từ việc tiếp xúc lâu dài với mẫu có thể trực tiếp ước tính ngưỡng ảnh hưởng của chất độc. Trong suốt các phép thử vòng đời của nhiều loài cá và động vật không xương sống, các giai đoạn phát triển nhất định đã liên tục được chứng minh là nhạy cảm hơn các loài khác. Sử dụng các phép thử thời gian ngắn với các giai đoạn phát triển sớm cũng có thể dự đoán độc mãn tính. Phát triển các phương pháp này để đưa ra cách đo lường nhanh hơn và ít tốn kémhơn đối với độc tính thủy sinh cho các sinh vật dưới nước.

Thử nghiệm NPDES yêu cầu thử nghiệm đổi mới không thay đổi ba lứa sinh vật bằng cách sử dụng cladoceran, ceriodaphnia dubia làm sinh vật thử nghiệm. Thử nghiệm đổi mới không thay đổi là một trong các giải pháp thử nghiệm được đổi mới định kỳ bằng cách truyền các sinh vật thử nghiệm đến các buồng với các dung dịch tươi mới đã được chuẩn bị. Thử nghiệm được bắt đầu với các sinh vật dưới 24 giờ và cùng sinh ra trong vòng 8 giờ.

Thử nghiệm độc mãn tính C. dubia đo lường cả khả năng sống sót và sinh sản trong giai đoạn thử nghiệm. Số lượng các con mới sinh ra (ceriodaphnia mới được sinh ra) đã được đưa ra trong mỗi thùng thử nghiệm khi bắt đầu thử nghiệm cũng như số lượng các con sống sót.

Thử nghiệm độc mãn tính của P. promelas đo lường cả sự sống sót và tăng trưởng trong giai đoạn thử nghiệm. Fathead Minnow ban đầu đã được đưa ra trong mỗi thùng thử nghiệm khi bắt đầu thử nghiệm cho sống sót. Khi chấm dứt thử nghiệm, trọng lượng của nhóm cá đối chứng  được so sánh với các nhóm được thử nghiệm.

Sự tiếp xúc của các sinh vật với các nồng độ mẫu khác nhau có thể xác định nồng độ nước thải dự kiến sẽ gây chết đáng kể, kìm hãm sự tăng trưởng hoặc sinh sản của sinh vật thử nghiệm, so với sinh vật đối chứng. Điểm cuối của các thử nghiệm đa nồng độ này thường được mô tả bằng nồng độ ức chế hoặc IC25. IC25 là nồng độ chất độc gây ra giảm 25% tăng trưởng của sinh vật thử nghiệm

So sánh thống kê để đánh giá tầm quan trọng của kết quảphân tích thử nghiệm mãn tính thường được thực hiện như đã nêu trong các tài liệu hướng dẫn của EPA.

Các thông số kiểm soát chất lượng phân tích độc mãn tính đối với các sinh vật đối chứng bao gồm sinh sản trung bình, sẽ bằng hoặc vượt quá 15 con con cho mỗi con cái sống sót. Ngoài ra, tỷ lệ chết lớn hơn 20% trong số sinh vật đối chứng sẽ được coi là không bình thường, kết quả thử nghiệm không hợp lệ. Các thành phần kiểm soát nhiệt độ khác bao gồm ủ các buồng thử nghiệm để kiểm soát nhiệt độ, duy trì photoperiod 16 giờ ánh sáng và 8 giờ tối, sử dụng mẫu trong vòng 72 giờ lấy mẫu và giữ mẫu trong khoảng từ 0-6°C trong suốt quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Báo cáo kết quả thử nghiệm độc tính

Trong hầu hết các điều kiện, không yêu cầu báo cáo kết quả thử nghiệm độc tính từ các mẫu thu thập trước điểm xả thải được phép. Các mẫu này bao gồm các mẫu tiền clo hóa, mẫu quy trình xử lý và mẫu quy trình công nghiệp. Tuy nhiên, phải báo cáo bất kỳ kết quả thử nghiệm nào được thực hiện trên điểm xả thải được phép. Yêu cầu này cũng áp dụng cho những cơ sở không có giám sát độc tính theo giấy phép NPDES của họ.

Kết quả thử nghiệm có thể bị từ chối do lấy mẫu không phù hợp, sự sống sót của sinh vật đối chứng không phù hợp hoặc trong trường hợp thử nghiệm mãn tính, sinh sản đối chứng không đủ khả năng sinh sản.Trong điều kiệnhạng mục Nghiên cứu Thủy quyển làmột cuộc phân tích "không hợp lệ", thử nghiệm tiếp theo sẽ phải bắt đầu trong vòng 30 ngày kể từ ngày diễn ra sự kiện giám sát ban đầu.

Đôi khi, Nghiên cứu Thủy Quyển có thể nhận thức được các vấn đề đánh giá chất lượng (QA) trong hoặc ngay sau khi thử nghiệm, sẽ ngăn cản việc chấp nhận dữ liệu. Ngoài ra, có thể không hoàn thành kế hoạch thử nghiệm do các vấn đề về thu thập hoặc giao mẫu. Trong những trường hợp như vậy, nên lập kế hoạch phân tích lại trong vòng 30 ngày, kể từ lần thử giám sát ban đầu. Nếu không thể lập kế hoạch phân tích lại trong thời gian cho phép, Nghiên cứu Thủy Quyển sẽ soạn thảo một bức thư giải thích tại sao việc phân tích không thể hoàn thành trong tháng giám sát thích hợp và chỉ định ngày phân tích lại. Mặc dù thư này không giúp cơ sở hoàn thành việc giám sát, nhưng nó sẽ giúp ngăn việc đưa ra các Thông báo về việc không hoàn thành thực hiện giám sát ban đầu.

Ý nghĩa thống kê

Trình bày và giải thích kết quả thử nghiệm độc cấp tính và mãn tính được sử dụng phân tích thống kê. Sử dụng số liệu thống kê để hỗ trợ đánh giá mức độ tin cậy của kết quả thử nghiệm có liên quan.

Trong thử nghiệm độc cấp tính, mục đích chính của thử nghiệm thường là ước tính nồng độ của vật liệu thử nghiệm hoặc phần trăm nước thải có thời gian cụ thể trong 50% sinh vật thử nghiệm. Sự đo lường này được gọi là LC50.

Các thử nghiệm độc mãn tính xác định ảnh hưởng của tất cả các chất thải đến tỷ lệ chết, tăng trưởng hoặc sinh sản của một loài (C. dubia hoặc P. promelas) trong một thời gian dài. Sinh sản trung bình, tăng trưởng và tỷ lệ chết trung bình đối với nồng độ nước thải được so sánh với hiệu suất của các phép thử thống kê có ý nghĩa.

Suckhoecuocsong.vn/Theo Tạp chí Thử nghiệm Ngày nay