chương 1). Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Dưới góc ñộ vật lý, ñối tượng nghiên cứu là bộ ba thông số quang của mẫu dung dịch gồm hệ số hấp thụ, hệ số tán xạ và hệ số bất ñối xứng. Về mặt thực nghiệm, trong khuôn khổ luận án, chúng tôi tập trung vào hai ñối tượng là dung dịch sữa có tỷ lệ chất béo 4% ñược pha chế với nồng ñộ khác nhau và 03 mẫu tảo ñộc ñã ñược phân lập và nuôi ở mật ñộ khác nhau. Dung dịch sữa thường ñược sử dụng làm mẫu chuẩn trong lĩnh vực lý sinh do các phần tử sữa ñược kết dính thành các hạt có dạng hình cầu với kích thước ổn ñịnh [67, 90].
Các mẫu tảo ñộc ñược sử dụng trong hệ ño ñể ñánh giá khả năng xác ñịnh thông số quang của thủy vực có mật ñộ tảo thấp. Tảo ñộc, hại về hình thái cũng tương tự như những loài tảo khác: kích thước nhỏ, sống trôi nổi trong tầng ñáy, dạng nghỉ ở giai ñoạn bào xác và chỉ thải ñộc tố ra thuỷ vực khi bị phân hủy. Hay nói cách khác, trong ñiều kiện bình thường, tảo ñộc, hại có trong thuỷ vực chỉ là tiềm ẩn của rủi ro. Theo khuyến cáo của tổ chức y tế thế giới WHO, khi mật ñộ tảo ñến một ngưỡng nào ñó (ví dụ 1000 tế bào/ml ñối với tảo lam), nguồn nước ñược xem là bị ô nhiễm nặng nề [38]).
Tuy nhiên, việc phát hiện tảo với mật ñộ thấp dưới 1000 tế bào/ml là một công việc khó khăn. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO THÔNG SỐ QUANG 1. Đối tượng thực nghiệm và các vấn ñề liên quan Thuỷ vực ven bờ biển Việt Nam hiện có khoảng 70 loài tảo ñộc, hại [55]. Trong thời gian qua, nhiều công trình nghiên cứu về tảo ñộc, hại ñã ñược tiến hành tại Việt Nam thông qua các chương trình hợp tác quốc tế với nội dung chính là khảo sát phân bố và ñộ phong phú của các loài tảo ñộc, hại trong các thủy vực ven bờ biển Việt Nam.
Hiện nay, nghiên cứu tảo ñộc, hại trên thế giới và trong nước ñược tiến hành theo bốn hướng chủ yếu là [8, 13]: (i) ñiều tra, phát hiện vùng xuất hiện tảo ñộc, hại và các hiệu ứng của ñộc tố; (ii) nghiên cứu về những loài tảo gây ñộc và phương pháp phát hiện chúng, tác ñộng của ñiều kiện môi trường lên sự nở hoa và sự tích luỹ ñộc tố; (iii) nghiên cứu về ñộc tố của tảo và các nhóm ñộc tố; (iiii) giám sát và quản lý tảo ñộc, hại. Trong luận án này, chúng tôi sẽ tập trung vào hướng nghiên cứu phương pháp phát hiện tảo ñộc, hại có trong thủy vực và hướng giám sát tảo ñộc, hại. Hiện nay ở nước ta có bốn Trung tâm quan trắc và cảnh báo môi trường, trong ñó, có ba Trung tâm vùng nội ñịa ñặt tại ba miền: Bắc, Trung, Nam và một Trung tâm vùng biển. Tần xuất quan trắc ñược thực hiện hai lần/năm vào các tháng 4, 5 và các tháng 9, 10.
Dựa trên các tiêu chuẩn ñánh giá, cảnh báo ô nhiễm gồm TCVN 5943-1995, tiêu chuẩn của Bộ Thuỷ sản 2006, hiện nay, bộ thông số môi trường áp dụng cho hoạt ñộng quan trắc, phân tích môi trường biển ven bờ gồm có: (i) bộ thông số khí tượng - thuỷ văn với các thông số gồm nhiệt ñộ, ñộ ẩm, áp suất, các thông số về sóng, gió, dòng chảy; (ii) bộ thông số môi trường nước và trầm tích với các thông số như: ñộ muối, ñộ pH, COD, BOD, ñộ ñục, ñộ trong, kim loại nặng…; (iii) bộ thông số sinh vật gây bệnh và chỉ thị chất lượng môi trường gồm tảo ñộc, hại và thực vật phù du khác, vi sinh vật, ñộng vật phù du, ñộng vật ñáy. Để xây dựng ñược các bộ thông số trên, người ta phải tiến hành nhiều công ñoạn gồm thu thập mẫu, bảo quản mẫu, vận chuyển mẫu và lưu trữ mẫu. • Thu thập mẫu: Thông thường, người ta phải dùng các phương tiện như tầu, thuyền, lưới vớt tảo, ñược trang bị GPS, ñi ñến những ñiểm cần lấy mẫu. 15 z • Bảo quản mẫu: Tuỳ theo các loại thông số cần ño, mẫu ñược bảo quản trong các loại bình chứa khác nhau và với ñiều kiện bảo quản khác nhau.
• Vận chuyển mẫu: Thông thường, sau khi lấy mẫu, các mẫu cần ñược vận chuyển về phòng thí nghiệm trong thời gian sớm nhất. • Lưu trữ mẫu: Trước và sau khi ño ñạc, mẫu luôn phải ñược lưu trữ. Sau mỗi ñợt quan trắc, các số liệu ñược ghi chép vào sổ tay phân tích và dựa vào ñó, người ta ñánh giá hiện trạng ô nhiễm. Như vậy, theo quy trình xác ñịnh các thông số của tảo ñộc, hại hiện nay, tồn tại những thực tế sau: 1.
Các công ñoạn: thu thập mẫu, vận chuyển mẫu, bảo quản mẫu, lưu trữ mẫu tốn rất nhiều công sức và thời gian; 2. Các phép ño ñược thực hiện trong phòng thí nghiệm, mất nhiều thời gian nên không phù hợp khi có yêu cầu cần cảnh báo nhanh; 3. Các kết quả ño ñược lưu trữ bằng phương pháp ghi chép thủ công nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn ñáng tiếc. Mô hình xác ñịnh mức ñộ ô nhiễm môi trường thuỷ vực 1.
Phương pháp truyền thống xác ñịnh thông số tảo 1. Thông số về phổ huỳnh quang của tảo ñộc, hại: Các loài vi tảo có thể ñược phân thành từng nhóm theo sắc tố [58, 59]. Nhìn chung, tất cả các loài tảo ñều chứa sắc tố mầu xanh Chlorophyll a và có thể chứa thêm sắc tố phụ như Chlorophyll b, Chlorophyll c, Carotenoit, Xanhtophyll, trong ñó: Chlorophyll a hấp thụ tại bước sóng 436 nm, phát huỳnh quang tại 685 nm; Chlorophyll b hấp thụ tại bước sóng 645 nm; Chlorophyll c hấp thụ tại 630 nm. Thông số về hình dạng, kích thước của tảo ñộc, hại: Hiện nay, trong thuỷ vực ven bờ biển Việt Nam, tảo ñộc, hại ñược phân chia thành năm ngành: Vi Khuẩn Lam, Tảo Silíc, Tảo Hai Roi, Tảo Sợi Bám, Tảo Kim.
Nhìn chung, hình dạng và kích thước của các loài tảo ñộc, hại rất khác nhau: có loài liên kết thành tập ñoàn, có loài hình que, có loài hình tròn dẹt… Kích thước của chúng cũng thay ñổi: có loài có kích thước chỉ vào khoảng vài µm nhưng cũng có loài có kích thước lên ñến vài chục µm [16, 67]. Các phương pháp truyền thống xác ñịnh thông số của tảo ñộc, hại: Phương pháp truyền thống xác ñịnh mức ñộ ô nhiễm do tảo ñộc, hại gây ra dựa trên việc xác ñịnh mật ñộ tảo và ñộc tố. Sau ñây là các phương pháp thông dụng: • Phương pháp Utermohl Theo phương pháp Utermohl, người ta sử dụng một buồng chứa kết hợp gồm một bình hình trụ (dung tích: 5, 10, 25, 50, 100 ml) ñược ñặt ở phía trên cùng và một buồng chứa phẳng có ñáy có thể tháo rời, ñược ñặt ở phía dưới. Khi cho mẫu vào bình, các phần tử có xu hướng lắng ñọng.
Người ta bỏ ñi phần trên và chỉ ñể lại phần lắng ñọng nơi ñáy bình, sau ñó, quan sát chúng dưới kính hiển vi. • Phương pháp buồng ñếm Sedgewick Rafter Buồng ñếm Sedgewick Rafter là những tấm trong suốt với ô trung tâm chứa ñược 100 mm3 chất lỏng. Đáy của buồng ñược chia thành các ô lưới ñều với diện tích 1 mm2. Khi chất lỏng ñược chứa vào ô trung tâm, lưới sẽ chia ñều 1 mililít chất lỏng thành microlít.
Kết hợp với việc quan sát chất lỏng dưới kính hiển vi, chúng ta có thể ñếm ñược số lượng phần tử có trong một ñơn vị thể tích. • Kỹ thuật nhuộm mầu Trước khi nhuộm, mẫu phải ñược làm sạch bằng hoá chất ñể loại bỏ tế bào chất. Phẩm nhuộm hay ñược sử dụng là Carmin (cho mầu hồng nhạt hay tím nhạt nếu vách tế bào cấu tạo từ cellulose) hoặc pectin hay phẩm nhuộm xanh iod (cho mầu xanh lục nếu vách tế bào thấm lignin hoặc suberin). • Phương pháp ELISA ELISA là phương pháp sử dụng kháng thể ñể nhận diện kháng nguyên dựa trên nguyên tắc: kháng thể ñặc hiệu cho kháng nguyên ñược gắn vào ñáy giếng.
Chất mà ta quan tâm nằm trong mẫu thử ñược trộn lẫn với chất chuẩn có liên kết enzyme. Khi cho hỗn hợp này vào giếng chứa mẫu thử thì chất trong mẫu thử sẽ cạnh tranh với chất chuẩn làm cho giếng ñổi mầu. So kết quả ñó với một giếng chuẩn (chỉ có chất chuẩn), người ta sẽ biết lượng chất ta quan tâm có trong mẫu thử. Xu thế hiện nay trên thế giới trong lĩnh vực quan trắc thuỷ vực Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học ñã nhận ñịnh: thông số về tảo ñóng một vai trò quan trọng trong quan trắc thuỷ vực và xem chúng là chỉ số ñánh giá sự xuống cấp thuỷ vực [42].
Trên thực tế, ngay cả ñối với những loài tảo không có ñộc tố, sau giai ñoạn phát triển sẽ là giai ñoạn thoái hoá và phân huỷ. Trong giai ñoạn này, chúng sẽ hấp thụ ô xy và do ñó, gây ô nhiễm môi trường. Như vậy, ñể xây dựng ñược một hệ thống quan trắc thuỷ vực có hiệu quả, nhất thiết phải giám sát ñược quá trình thay ñổi các thông số của tảo. Hiện nay, trên thế giới, người ta ñã ñưa ra một số phương pháp quan trắc thuỷ vực.
Những phương pháp chính có thể kể ñến là: 1. Phương pháp kết hợp giữa số liệu thực ñịa với số liệu thu ñược từ các ñầu cảm biến ñặt trên vệ tinh: Đây là phương pháp ñược áp dụng rộng rãi nhất hiện nay trên thế giới, ñặc biệt là tại châu Âu, ñể quan trắc quá trình nở hoa của tảo ñộc, hại trên ñại dương [25, 27, 28, 30, 45, 51, 67, 76, 99, 100]. Theo ñó, người ta kết hợp giữa các số liệu thu ñược từ các ñầu cảm biến quang ñặt trên vệ tinh bao gồm thiết bị phân tích phổ hình ảnh như SeaWiFS, MODIS, MERIS với các số liệu ño ngoài thực ñịa. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc phân tích ảnh phản xạ do mặt trời chiếu xuống bề mặt ñại dương, ñược các ñầu cảm biến ñặt trên vệ tinh thu ñược.
Dựa trên các ñặc tính của hình ảnh gồm mầu sắc và cường ñộ sáng, người ta dự ñoán ñược mật ñộ của các phần tử có trong thuỷ vực (hình 1. Các thành phần phản xạ ñược các ñầu cảm biến thu ñược.1) trong ñó LW , Ls , La , Lb , Ll lần lượt là bức xạ từ thuỷ vực, từ bề mặt nước-không khí, từ khí quyển, từ ñáy thuỷ vực và từ các phần tử khác nằm trong trường nhìn của ñầu thu; Tatm là tỷ lệ bức xạ truyền qua khí quyển.