Hóa học đằng sau hơi cay

Bình xịt hơi cay là công cụ chỉ được trang bị cho những trường hợp cụ thể. Tuy nhiên, việc sở hữu bình xịt hơi cay hiện nay vô cùng dễ dàng khi hàng loạt các trang mạng chào mời, dưới lớp vỏ nguỵ trang là mua bán công cụ tự vệ. Thêm vào đó, người ta còn phủ nhận rằng bình xịt hơi cay là một hóa chất. Bạn cũng sẽ đau đớn giống như dính phải hơi cay, ít nhất về mặt kỹ thuật. Thực tế thì điều này có đúng không? Bạn hãy cùng tôi khám phá hóa học đằng sau của nó nhé!

Hơi cay là gì?

Theo báo cáo của Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh Hoa Kỳ (viết tắt là CDC), hơi cay hay khí cay, còn được gọi là chất chống bạo động, là một hợp chất hóa học có thể khiến con người tạm thời không thể hoạt động bằng cách kích thích mắt, mũi, miệng, phổi và da.

Theo CDC thì hai tác nhân kiểm soát bạo loạn phổ biến nhất là 2-chloroacetophenone (viết tắt là CN hay Mace) và 2-chlorobenzylidenemalononitrile (viết tắt là CS). Ngoài ra còn có các hơi cay khác gồm hơi cay hạt ớt (OC gas hay oleoresin capsicum), PAVA spray (nonivamide), CR gas, bromoacetone, xylyl bromua, syn-propanethial-S-oxide (chất có trong hành tỏi).

Cấu trúc hóa học của 
2-chlorobenzylidenemalonitrile (A), 2-chloroacetophenone (B) và capsaicin (C).

Thực tế thì ban đầu CN được sử dụng rộng rãi nhất bởi các cơ quan thực thi pháp luật; tuy nhiên, trong những năm gần đây, CS đã thay thế phần lớn CN. Các sản phẩm có chứa CN và CS cũng có sẵn dưới dạng xịt cầm tay để tự vệ và bảo vệ cá nhân. Xịt tiêu OC trong những năm gần đây ngày càng trở nên phổ biến với các cơ quan thực thi pháp luật, đã thay thế cả CN và CS để sử dụng dân sự. 

Mặc dù tên của nó là vậy nhưng hơi cay thực sự ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng. Các tác nhân CN và CS được triển khai dưới dạng hơi cay khi bột được điều áp được trộn vào một công thức chất lỏng sau đó được thải ra không khí dưới dạng các giọt hoặc hạt. Hoặc hơi cay được phân tán trong các hộp đốt. Những hộp này chứa hỗn hợp khởi động, bao gồm than bắt đầu cháy khi ống được đốt cháy. Một chất oxy hóa như kali nitrat giúp than cháy nhanh hơn.

Theo CDC, hơi cay này có thể làm nước mắt chảy nhiều do nó kích thích các dây thần kinh của tuyến lệ làm chảy nước mắt, bỏng hoặc mờ mắt quá mức, cũng như chảy nước mũi hoặc cảm giác nóng rát bên trong mũi. Nó cũng có thể gây khó nuốt, tức ngực, ho, khó thở và cảm giác nghẹt thở.

Một số người đã tiếp xúc với hơi cay thường sẽ gặp các tác động của nó trong khoảng 15 đến 30 phút sau khi chúng được lấy ra khỏi nguồn và được làm sạch. Những người tiếp xúc với các tác nhân kiểm soát bạo loạn ở gần hoặc trong một không gian kín có thể gặp các tác động lâu dài, chẳng hạn như mù, tăng nhãn áp hoặc suy hô hấp.

Đôi nét về lịch sử

Vài năm sau khi Thế chiến I kết thúc, các nhà lãnh đạo thế giới đã triệu tập tại Thụy Sĩ và đồng ý cấm “sử dụng trong chiến tranh gây ngạt, độc hoặc các loại khí khác, và tất cả các chất lỏng, vật liệu hoặc thiết bị tương tự” cũng như “việc sử dụng phương pháp chiến tranh vi khuẩn học, “theo Nghị định thư Geneva năm 1925 .

Thỏa thuận đã cấm sử dụng vũ khí hóa học và sinh học trong chiến tranh, mặc dù nó không nêu rõ chính xác loại khí nào bị cấm.

Mỹ đã không phê chuẩn thỏa thuận cho đến năm 1975, dưới thời Tổng thống Gerald Ford. Khi đó, nó bảo lưu quyền sử dụng các tác nhân kiểm soát bạo loạn để kiểm soát “các tù nhân chiến tranh bạo loạn”, trong số các trường hợp ngoại lệ khác.

Năm 1993, Đại hội đồng Liên Hợp Quốc đã hoàn tất Công ước Vũ khí Hóa học, trong đó cấm phát triển, sản xuất, tàng trữ và sử dụng vũ khí hóa học và yêu cầu các quốc gia phá hủy vũ khí hóa học và các cơ sở sản xuất mà nó sở hữu.

Bao gồm trong thỏa thuận cũng là lệnh cấm các nhân viên kiểm soát bạo loạn trong chiến tranh. Các tác nhân như vậy được định nghĩa là “bất kỳ hóa chất nào không được liệt kê trong Danh mục, có thể tạo ra nhanh chóng sự kích thích cảm giác của con người hoặc vô hiệu hóa các hiệu ứng vật lý biến mất trong một thời gian ngắn sau khi chấm dứt phơi nhiễm.”

Công ước vũ khí hóa học có hiệu lực vào năm 1997. Nhưng đáng chú ý, thỏa thuận này bao gồm một ngoại lệ cho phép cơ quan thực thi pháp luật sử dụng các tác nhân kiểm soát bạo loạn cho “mục đích kiểm soát bạo loạn trong nước”.

Trong những năm gần đây, hơi cay đã được sử dụng để dập tắt tình trạng bất ổn dân sự, không chỉ ở các thành phố của Mỹ, mà còn ở Hồng Kông, Cairo và Rio de Janeiro.

Cách phân tán hơi cay

Hỗn hợp khói có thành phần hóa học rất giống với những gì bạn có thể tìm thấy trong pháo hoa. Khi đốt cháy, than bên trong hộp bị cháy, trong khi các hợp chất hóa học như kali nitrat và kali clorat tạo ra oxy cung cấp năng lượng cho lửa. Kali nitrat đặc biệt giúp than cháy nhanh hơn. Kali clorat phân hủy thành các mảng khí kali clorua.

Silicon đôi khi được thêm vào hỗn hợp để giúp các dạng khí. Magiê carbonate giữ cho môi trường trong hộp không trở nên quá axit, có thể làm mất ổn định kali clorat.

Một thành phần bí mật khác? Đường. Sucrose đốt cháy ở nhiệt độ thấp và giúp chuyển đổi thành phần chính của hơi cay thành khói độc hại. Thành phần quan trọng đó là một hợp chất hóa học gọi là 2-Chlorobenzalmalononitrile, hoặc CS. Khi đun nóng, nó tạo ra chất đốt cháy cay nhất liên quan đến khí. Về bản chất, nó gây ra phần lớn thiệt hại.

Tất cả các thành phần này được liên kết với nhau trong hộp bằng một hợp chất dễ cháy, gọi là Nitrocellulose.

CS cũng có thể được sử dụng như một bình xịt. Với mục đích này, nó được hòa tan trong một dung môi như methyl isobutyl ketone. Nó không thể hòa tan trong nước, bởi vì với nước, nó thủy phân (hay phá vỡ nó) thành các hợp chất khác.

Còn trong trường hợp sử dụng bình xịt hơi cay ớt (OC) thì thành phần hoạt chất trong bình xịt hơi cay là capsaicin, đây là một hóa chất có nguồn gốc từ quả của cây thuộc chi Capsicum, bao gồm cả ớt. Chiết xuất oleoresin capsicum (OC) từ ớt đòi hỏi capsicum phải được nghiền mịn, từ đó capsaicin được chiết xuất bằng dung môi hữu cơ như ethanol. Dung môi sau đó được làm bay hơi và nhựa sáp còn lại là oleoresin capsaicin.

Một chất nhũ hóa như propylene glycol được sử dụng để đình chỉ OC trong nước, và huyền phù sau đó được điều áp để tạo ra bình xịt hơi cay.

Ảnh hưởng của hơi cay

Tiếp xúc với hơi cay được cho là liên kết với các thụ thể TRPA1, cùng các thụ thể mà dầu trong mù tạt, wasabi và cải ngựa liên kết để tạo ra vị cay nồng của chúng. Nó kích thích niêm mạc, bao gồm mắt, mũi, miệng, da và đường hô hấp. Điều này có thể dẫn đến viêm và khó thở. Các hiệu ứng thường kéo dài trong 15 – 30 phút sau khi tiếp xúc.

Thông thường, không có tác động lâu dài của việc tiếp xúc với hơi cay. Tuy nhiên, những người mắc bệnh từ trước ảnh hưởng đến hệ hô hấp, chẳng hạn như hen suyễn, dễ bị tổn thương hơn khi tiếp xúc với CS. Và có một số bằng chứng cho thấy phơi nhiễm CS có thể làm tăng tính nhạy cảm với các bệnh về đường hô hấp – không lý tưởng khi chúng ta đang ở giữa đại dịch bệnh đường hô hấp. Ngoài ra, các triệu chứng do tiếp xúc với CS có thể nghiêm trọng hơn nếu nó được phát tán ở khu vực kín chứ không phải bên ngoài.

Cơ chế gây độc

Cơ chế hoạt động của các tác nhân này ở người chưa được hiểu đầy đủ. Cả CS và CN được cho là hoạt động như các tác nhân SN2 – alkylating, phản ứng dễ dàng với các vị trí nucleophilic. Các mục tiêu quan trọng bao gồm các nhóm enzyme thiol và sulfhydryl, bao gồm lactic dehydrogenase, glutamic dehydrogenase và pyruvic decarboxylase. Việc bất hoạt các hệ thống enzyme chuyển hóa này có thể liên quan đến chấn thương mô xảy ra sau khi tiếp xúc. 

Các kênh tiềm năng thụ thể thoáng qua (TRP) có trong các sợi cảm giác đường thở, với các thụ thể TRPV1 (vanilloid) được tìm thấy là nhạy cảm với OC. Kết quả là một cảm giác đau, nhưng cũng là một phản ứng viêm, do quá trình viêm thần kinh. Điều này liên quan đến việc giải phóng neuropeptide dẫn đến kích thích viêm.

Một phân nhóm khác, TRPA1, sau đó đã được chứng minh là thụ thể tế bào thần kinh cảm giác đối với dầu mù tạt (allyl isothiocyanate) và nhạy cảm rộng rãi với các chất kích thích phản ứng khác, bao gồm cả CS. Cả hai thụ thể TRPA1 và V1 được cho là con đường chung cuối cùng cho các con đường truyền tín hiệu viêm.

Một cơ chế hoạt động bổ sung cho các tác động kích thích và đau đớn có thể là do giải phóng bradykinin. CS cũng chứa hai nhóm cyanogen và trong khi chúng có thể đóng góp vào tác dụng gây kích ứng tại chỗ của hợp chất, trong trường hợp bình thường, người ta không nghĩ rằng đủ xyanua sẽ được giải phóng để gây ra tác dụng toàn thân. 

Tuy nhiên, lượng cyanide và thiocyanate tối thiểu có thể xuất hiện trong nước tiểu sau khi tiêm tĩnh mạch hoặc uống CS. 

Xử lý khi tiếp xúc

Mặc dù có một loạt các đề xuất tại nhà để điều trị phơi nhiễm hơi cay, nhưng không có thuốc giải độc được biết đến. Các đề xuất như sữa hoặc dung dịch baking soda chưa được kết luận cho thấy hiệu quả hơn nước thường.

Nếu bạn tiếp xúc với hơi cay, điều quan trọng cần làm là loại bỏ bản thân khỏi tiếp xúc. Điều này có nghĩa là tránh xa khu vực bị ô nhiễm và vào không khí trong lành càng sớm càng tốt. Khi có thể, quần áo bị ô nhiễm nên được loại bỏ. Nếu bạn tình cờ đeo kính áp tròng, những thứ này nên được loại bỏ càng nhanh càng tốt, vì để chúng vào có thể dẫn đến tổn thương cho mắt.

Vì các hạt từ hơi cay có thể dính vào da, nên tốt nhất là lau sạch chúng trong trường hợp đầu tiên. Da và mắt sau đó nên được rửa bằng nhiều nước; trong trường hợp mắt, nên rửa bằng dung dịch muối hoặc nước trong 10 – 20 phút. Hoặc bạn có thể tham khảo thêm bài viết khác tại đây.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau nó nhé!

Tham khảo Lao Động, Wikipedia, CNN, Popular Mechanics, Compound InterestBMJ Military Health.