PTN Nghiên cứu Phân tích và Kiểm nghiệm

1 .Giới thiệu chung

Trong bối cảnh xã hội hiện đại, khi nhu cầu về chất lượng và an toàn của sản phẩm ngày càng được quan tâm, phân tích và kiểm nghiệm đóng vai trò vô cùng cần thiết và không thể thiếu. Đây không chỉ là yêu cầu bắt buộc trong quản lý chất lượng sản phẩm, mà còn là nền tảng để đảm bảo sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường và thúc đẩy sự phát triển bền vững của nền kinh tế.

Tính cấp thiết của phân tích và kiểm nghiệm thể hiện rõ nhất ở vai trò đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm hay sản phẩm tiêu dùng, các nguy cơ về tồn dư hóa chất độc hại, vi khuẩn gây bệnh, tạp chất hoặc các thành phần không đạt tiêu chuẩn luôn tiềm ẩn. Những yếu tố này, nếu không được phát hiện và kiểm soát kịp thời, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, thậm chí dẫn đến những vụ việc gây hoang mang dư luận. Việc phân tích và kiểm nghiệm thường xuyên là công cụ hữu hiệu giúp sàng lọc, phát hiện và loại bỏ những nguy cơ này ngay từ khâu nguyên liệu đầu vào cho đến thành phẩm cuối cùng.

Trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế và cạnh tranh thị trường ngày càng gay gắt, chất lượng sản phẩm chính là yếu tố sống còn của doanh nghiệp. Nhiều thị trường lớn trên thế giới yêu cầu sản phẩm phải có kết quả kiểm nghiệm rõ ràng, minh bạch và đạt các tiêu chuẩn khắt khe về chất lượng, an toàn và vệ sinh. Nếu không có hệ thống phân tích, kiểm nghiệm bài bản, doanh nghiệp sẽ gặp khó khăn trong việc xuất khẩu, mở rộng thị trường và duy trì uy tín thương hiệu.

Vấn đề môi trường và ô nhiễm môi trường cũng là lý do khiến công tác phân tích và kiểm nghiệm trở nên cấp thiết. Tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa nhanh chóng kéo theo hàng loạt hệ lụy về ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí. Việc phân tích các mẫu môi trường thường xuyên giúp cơ quan quản lý kịp thời phát hiện những yếu tố gây ô nhiễm, từ đó đưa ra biện pháp xử lý và bảo vệ môi trường sống cho cộng đồng.

Phân tích và kiểm nghiệm còn có ý nghĩa quan trọng trong phòng ngừa gian lận thương mại, bảo vệ quyền lợi người tiêu dùng. Trên thực tế, không ít sản phẩm trên thị trường bị làm giả, làm nhái, pha trộn thành phần kém chất lượng hoặc gian lận thông tin. Việc kiểm nghiệm chính xác sẽ giúp phát hiện và ngăn chặn những hành vi này, tạo ra môi trường kinh doanh công bằng, minh bạch.

Tóm lại, phân tích và kiểm nghiệm không chỉ mang tính kỹ thuật, mà còn mang tính xã hội, pháp lý và nhân văn sâu sắc. Trong bối cảnh thị trường phát triển nhanh, nhu cầu tiêu dùng tăng cao an toàn sức khỏe và bảo vệ môi trường được đặt lên hàng đầu, việc thực hiện phân tích và kiểm nghiệm ngày càng trở nên cấp thiết, là nhiệm vụ song hành với sự phát triển bền vững của xã hội.

Phòng thí nghiệm Phân tích-kiểm nghiệm thuộc Khoa Hóa học, trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Lĩnh vực phân tích và kiểm nghiệm không chỉ nghiên cứu đánh giá chất lượng sản phẩm mà còn nghiên cứu các phương pháp phân tích và ứng dụng đảm bảo tiêu chuẩn an toàn của nhiều ngành công nghiệp và sản xuất. Trong đó, phòng thí nghiệm nghiên cứu ANATES bao gồm 03 nhóm nghiên cứu đại diện cho 03 lĩnh vực nghiên cứu lớn và được triển khai thành 03 nội dung phát triển chuyên môn chi tiết như trong mục 6, bao gồm:

• Nhóm nghiên cứu về phân tích và kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm và nguyên liệu
• Nhóm nghiên cứu về phân tích thành phần, cấu trúc và hình thái của sản phẩm và vật liệu
• Nhóm nghiên cứu về phát triển và ứng dụng các phương pháp phân tích mới

2. Mục tiêu chung 

Phòng thí nghiệm hướng đến việc thực hiện phân tích và kiểm nghiệm trong các lĩnh vực hóa học, thực phẩm, dược phẩm, môi trường, công nghiệp sản xuất và nghiên cứu khoa học. Thông qua quá trình thu thập, xử lý, đánh giá và kiểm tra mẫu vật, phòng thí nghiệm xác định thành phần, cấu trúc, tính chất hoặc hàm lượng của các chất có trong mẫu. Việc phân tích và kiểm nghiệm không chỉ giúp cung cấp thông tin chính xác về sản phẩm hoặc đối tượng nghiên cứu, mà còn phục vụ nhiều mục tiêu thiết yếu trong kiểm soát chất lượng, an toàn, nghiên cứu phát triển, tuân thủ quy định pháp luật và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu cụ thể

Phân tích xác định thành phần và cấu trúc của mẫu và sản phẩm: Một trong những mục tiêu cơ bản của phân tích và kiểm nghiệm là xác định thành phần và cấu trúc hóa học của mẫu thử. Việc biết được một mẫu chứa những chất gì, tỷ lệ các thành phần ra sao, có mặt các tạp chất hay chất gây hại nào không, là cơ sở quan trọng cho việc đánh giá chất lượng và giá trị sử dụng của sản phẩm. Đặc biệt trong ngành dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, việc xác định thành phần chính và các chất phụ gia, tồn dư hóa chất hay vi khuẩn gây hại là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Phân tích và kiểm tra chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm: Mục tiêu quan trọng khác của phân tích và kiểm nghiệm là kiểm tra chất lượng sản phẩm trong suốt quá trình sản xuất và sau khi hoàn thiện. Thông qua việc kiểm tra định lượng, xác định hàm lượng của các thành phần chính và phụ, so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc quy định của cơ quan chức năng, quá trình phân tích giúp đánh giá tính đồng nhất, độ tinh khiết và độ ổn định của sản phẩm. Đối với các doanh nghiệp sản xuất, việc kiểm tra chất lượng định kỳ và liên tục còn giúp kịp thời phát hiện sai sót trong quy trình sản xuất, hạn chế các rủi ro gây thiệt hại về kinh tế hoặc ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu. Kiểm nghiệm cũng là công cụ hiệu quả để kiểm tra nguyên liệu đầu vào và thành phẩm đầu ra, đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật trước khi cung cấp ra thị trường.

Phân tích và đảm bảo an toàn cho người sử dụng và môi trường: An toàn thực phẩm, an toàn dược phẩm, an toàn mỹ phẩm và bảo vệ môi trường là những vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Phân tích và kiểm nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các chất độc hại, chất gây dị ứng, kim loại nặng, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, chất cấm hoặc vi sinh vật gây bệnh có trong sản phẩm. Nhờ vào các kết quả phân tích, các cơ quan quản lý có thể đưa ra quyết định thu hồi, đình chỉ lưu hành sản phẩm kém an toàn, đồng thời cảnh báo người tiêu dùng. Bên cạnh đó, kiểm nghiệm môi trường (nước, đất, không khí) cũng giúp đánh giá mức độ ô nhiễm, từ đó đưa ra giải pháp bảo vệ và phục hồi môi trường sống.

Phân tích ứng dụng trong nghiên cứu, phát triển và đổi mới sản phẩm: Trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và phát triển sản phẩm mới, phân tích và kiểm nghiệm giữ vai trò then chốt. Kết quả phân tích cung cấp dữ liệu cần thiết cho quá trình nghiên cứu tính chất, hoạt tính, độ ổn định của các hợp chất mới, hoặc đánh giá hiệu quả và an toàn của sản phẩm thử nghiệm. Thông qua kiểm nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể xác định được tác dụng, cơ chế hoạt động, giới hạn sử dụng cũng như ảnh hưởng tiềm ẩn của sản phẩm đối với sức khỏe con người và môi trường. Đây là nền tảng quan trọng cho việc cải tiến, tối ưu hóa công thức, quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Phân tích hình thái và cấu trúc vật liệu: Phân tích hình thái và cấu trúc vật liệu là một bước quan trọng trong nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng các loại vật liệu trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, xây dựng, y sinh, năng lượng và công nghệ nano. Mục tiêu chính của quá trình này là xác định đặc điểm hình thái bên ngoài (kích thước, hình dạng, bề mặt, sự phân bố hạt) và cấu trúc bên trong (cấu trúc tinh thể, pha, khuyết tật, tính đồng nhất) của vật liệu. Việc phân tích hình thái và cấu trúc giúp làm rõ mối liên hệ giữa cấu trúc vi mô và tính chất vật liệu, từ đó giải thích nguyên nhân dẫn đến các đặc tính cơ học, điện, nhiệt hoặc quang học của vật liệu. Đồng thời, nó hỗ trợ kiểm soát và tối ưu hóa quy trình sản xuất, phát hiện sai sót, tạp chất hoặc khuyết điểm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, phân tích cấu trúc còn đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới, phục vụ cho việc cải tiến hiệu suất, độ bền và ứng dụng của vật liệu trong thực tiễn.

Tích hợp công nghệ số và trí tuệ nhân tạo (AI) vào phân tích và kiểm nghiệm:  Ứng dụng công nghệ số và AI trong xử lý dữ liệu phân tích và kiểm nghiệm là một hướng nghiên cứu quan trọng và phù hợp xu thế của thế giới và kỷ nguyên số của nước ta. Việc tích hợp AI vào phân tích kiểm nghiệm hóa học nhằm tự động hóa, tối ưu hóa và nâng cao độ chính xác của các phép đo và xử lý dữ liệu. Điều này bao gồm, nâng cao độ chính xác, tự động hóa quy trình, dự báo và tối ưu điều kiện thí nghiệm, xử lý và phân tích dữ liệu tự động, và tích hợp dự liệu đa nguồn.

3. Chức năng, nhiệm vụ

Phòng thí nghiệm nghiên cứu đóng vai trò then chốt trong sự phát triển của khoa học, công nghệ và công nghiệp. Đây là nơi diễn ra các hoạt động nghiên cứu, phân tích, thử nghiệm và phát triển sản phẩm nhằm tạo ra tri thức mới, ứng dụng tiến bộ khoa học vào thực tiễn và phục vụ nhu cầu xã hội. Chức năng của phòng thí nghiệm nghiên cứu Phân tích-kiểm nghiệm có thể được chia thành một số nhóm chính như sau:

• Nghiên cứu thực hiện phân tích, kiểm nghiệm, phòng thí nghiệm tiến hành kiểm tra, xác định thành phần hóa học, tính chất vật lý, vi sinh học và các yếu tố khác của mẫu thử thông qua các phương pháp phân tích định tính và định lượng

• Phân tích kiểm soát chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn và hiệu suất sử dụng. Chức năng này giúp phát hiện sai sót, kiểm soát biến động trong sản xuất và tối ưu hóa quy trình để nâng cao chất lượng sản phẩm

  Hỗ trợ nghiên cứu phát triển và đổi mới công nghệ. Các doanh nghiệp, tổ chức và nhà nghiên cứu có thể tận dụng cơ sở vật chất và chuyên môn của phòng thí nghiệm để kiểm chứng ý tưởng, phát triển sản phẩm mẫu, thử nghiệm quy trình sản xuất mới trước khi đưa vào ứng dụng thực tiễn. Nhờ đó, rủi ro trong sản xuất đại trà được giảm thiểu và hiệu quả kinh tế được nâng cao

• Nghiên cứu, phát triển phương pháp phân tích mới và đào tạo nguồn nhân lực. Việc ứng dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại và không ngừng hoàn thiện quy trình kiểm nghiệm giúp nâng cao độ chính xác, độ tin cậy và hiệu quả của hoạt động kiểm tra chất lượng. Đồng thời, phòng thí nghiệm cũng là nơi đào tạo, hướng dẫn sinh viên, học viên và cán bộ kỹ thuật trong việc sử dụng thiết bị, triển khai quy trình kiểm nghiệm đúng chuẩn
• Hỗ trợ thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên, giảng viên và NCS, tạo cơ chế hợp tác và tập hợp các nhà khoa học lớn và NCS trong và ngoài trường nhằm thực hiện các dự án nghiên cứu phát triển, thúc đẩy sáng tạo, đổi mới phương pháp giảng dạy
• Khai thác các cơ sở vật chất đã được đầu tư để phục vụ nghiên cứu chuyên sâu, cung cấp môi trường thực hành chuyên sau giúp nâng cao kỹ nang phân tích, đánh giá và xử lý dữ liệu thực nghiệm
• Đào tạo đội ngũ nghiên cứu trình độ cao ở các bậc thạc sỹ và tiến sỹ không chỉ cho Đại học Bách khoa Hà Nội nói riêng mà cho cả các đại học khác nói chung, từ đó tạo ra sức hút lớn để thu hút nhân tài về Đại học Bách Khoa Hà Nội làm việc và nghiên cứu. 
• Phối hợp với các viện nghiên cứu, doanh nghiệp, các tổ chức khoa học, các PTN nghiên cứu khác trong ĐH BKHN và các trường đại học trong nước và trên thế giới để phối hợp triển khai các đề tài, dự án nghiên cứu chung mang tính liên ngành trong lĩnh vực phân tích-kiểm nghiệm đạt trình độ tiến tiến của khu vực và thế giới.

4. Nội dung phát triển chuyên môn

Phân tích và kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm và nguyên liệu

Trong bối cảnh đảm bảo chất lượng sản phẩm ngày càng được chú trọng trong sản xuất và nghiên cứu, các phương pháp phân tích và kiểm nghiệm truyền thống vẫn giữ vai trò cơ bản không thể thay thế dù đã có sự xuất hiện của nhiều công nghệ hiện đại. Những kỹ thuật này, được xây dựng trên nền tảng khoa học đã được kiểm chứng qua nhiều thập kỷ, không chỉ giúp đánh giá các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của nguyên liệu, sản phẩm mà còn là cơ sở để đảm bảo sự ổn định và an toàn của sản phẩm ra thị trường. Các quy trình phân tích và kiểm nghiệm đều cần được tiến hành qua nhiều bước và các bước đều phải tiến hành theo một tiêu chuẩn xác định, các bước chính của phân tích-kiểm nghiệm có thể miêu tả trong Hình 1.

Hình 1: Quy trình phân tích-kiểm nghiệm mẫu và sản phẩm

Các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm được trang bị những thiết bị hiện đại và áp dụng nhiều phương pháp phân tích tiên tiến nhằm xác định các đặc tính vật lý, hóa học và vi sinh của nguyên liệu cũng như sản phẩm hoàn thiện. Qua đó, kết quả kiểm nghiệm góp phần đưa ra các quyết định sản xuất, điều chỉnh quy trình và đảm bảo sản phẩm ra thị trường luôn đạt chuẩn an toàn, chất lượng. Phân tích và kiểm nghiệm có thể dựa trên các phương pháp và kỹ thuật sau:

Các phương pháp phân tích hóa học: Các phương pháp phân tích hóa học là những kỹ thuật được sử dụng để nhận diện, xác định thành phần, hàm lượng, cấu trúc và tính chất của các chất trong mẫu và sản phẩm. Chúng đóng vai trò cốt lõi trong nghiên cứu và ứng dụng khoa học, từ việc phát triển sản phẩm mới đến kiểm soát chất lượng trong sản xuất. Phân tích hóa học bao gồm phân tích thể tích và phân tích khối lượng.

Các phương pháp phân tích hiện đại và tiên tiến (phân tích công cụ): Các phương pháp phân tích công cụ là những kỹ thuật sử dụng thiết bị hiện đại nhằm xác định thành phần, cấu trúc và tính chất của mẫu vật một cách nhanh chóng, chính xác và có thể định lượng. Dưới đây là một số phương pháp phân tích công cụ phổ biến:

Các phương pháp phân tích quang phổ: Các phương pháp phân tích quang phổ là các kỹ thuật dựa trên sự tương tác giữa ánh sáng và mẫu vật (như hấp thụ, tán xạ, phát xạ, hay phát xạ tia X) để thu thập thông tin về cấu trúc, thành phần, và tính chất của mẫu. Những phương pháp này giúp các nhà khoa học xác định cấu trúc phân tử, nhận dạng nhóm chức năng, định lượng nồng độ các chất cũng như đánh giá các đặc tính vật lý – hóa học của mẫu: Các phương pháp phân tích quang phổ bao gồm phổ hấp thụ phân tử, phổ hồng ngoại (FT-IR), Raman, phổ huỳnh quang (Fluorescence), phổ tia X (X-ray), quang phổ điện tử tia X (XPS), phổ huỳnh quang tia X (XRF), phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ phát xạ nguyên tử (AES), quang phổ phát xạ plasma (ICP-OES), Phương pháp cảm ứng cao tần ghép nối khối phổ (ICP-MS).

Các phương pháp phân tích điện hóa: Các phương pháp phân tích điện hóa là những kỹ thuật dựa trên các quá trình điện hóa (tương tác giữa điện và hóa học) để định lượng và xác định các chất có trong mẫu và sản phẩm. Phương pháp phân tích điện hóa gồm chuẩn độ điện thế, phương pháp điện phân, phương pháp đo điện trở (EIS), phương pháp đo độ dẫn điện, phương pháp vôn-ampe.

Các phương pháp phân tích sắc ký: Sắc ký khí (GC): Phân tách các hợp chất dễ bay hơi trong hỗn hợp dựa trên sự tương tác của chúng với cột sắc ký; Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Được sử dụng để phân tách và định lượng các hợp chất không bay hơi trong hỗn hợp phức tạp; Sắc ký ion: Phân tách các ion trong mẫu, thường được sử dụng trong phân tích nước và các dung dịch

5. Cơ cấu tổ chức