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為什麼催淚彈不黯然卻能催淚?

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這幾天香港佔領中環行動,相信許多香港的朋友應該「前不見真普選,後不見民主改革。念天地之悠悠,愴然而涕下。」咦?不對,真正令人痛哭流涕的應該是警察為了驅散群眾而發射的催淚彈。

催淚史

催淚氣體開始廣泛用來對抗人類,是在第一次世界大戰前後(科技始終來自於人性)。在大戰爆發前,1912年法國已經將溴乙酸乙脂(Ethyl bromoacetate)作為催淚氣體在用於警察勤務中 [1]。後來一戰爆發,在西部戰線伊珀爾(Ypres)防守的法軍,也將裝有溴乙酸乙脂的手榴彈用來對抗德軍。接著德軍積極投入研究,才讓催淚氣體在戰場上發揚光大 [2]。

第一次世界大戰之後,1925年的日內瓦協議(Geneva Protocol)禁止將具有窒息性、毒性的氣體、液體、物質,或者微生物應用於戰爭之中-當然,也包括了催淚氣體。不過協議是針對戰爭期間規範,是否能將催淚或是催吐(像是二苯胺氯胂)戰劑用在防暴行動,仍有不同的看法 [3]。也就是這樣,所以我們還是能在世界各地許多群眾行動中,看到警察使用催淚彈。

催淚彈組成

其實催淚彈的組成並不是全都是為了催淚,主要分三種目的:加溫散佈催淚。歷史最悠久的催淚成分有三種:溴化二甲苯(Xylyl bromide)、2-氯苯乙酮(Phenacyl chloride,簡稱CN)、鄰-氯代苯亞甲基丙二腈(2-chlorobenzalmalononitrile,簡稱CS),其中CN毒性最強,所以大多已經被CS取代用於鎮暴的催淚彈 [4]。除了CS,1962年意外被合成出來的CR(Dibenz[b,f][1,4]oxazepine)也有用於催淚彈;不過和CS不同,CS容易用水去除,但CR遇水反而會加劇作用,是比較危險的成分。

事實上,催淚的CS在常溫下是固體粉末。為了要讓CS能夠像氣體一樣散佈,就需要加入其他成分-像是容易揮發的二氯甲烷,讓它帶著CS擴散在空氣中。除此之外,高溫也有助於氣體散佈,所以催淚彈也會加入其他的化學物質來產生溫度,加速CS的擴散 [5.4],這也是為什麼上街示威教學都會提到不要徒手撿起剛落地的催淚彈,很可能因此燙傷。

 催淚彈的詳細組成
成分 簡介 功能
通常由木頭碳化而成,拔掉保險插梢後會開始悶燒。 提供熱能
硝酸鉀 提供氧氣,維持木炭的燃燒。 助燃
木炭燃燒,會使矽反應成高溫的二氧化矽,能夠點燃其他化學成分。 助燃
蔗糖 在約186℃熔化,能以相對來說較低的溫度使催淚物質揮發。 燃料
氯酸鉀 燃燒時會釋放出大量的氧氣。燃燒後成為氯化鉀,也能製造煙霧。 氧化劑
碳酸鎂 由於氯酸鉀接觸到酸會有爆炸性,所以加入在瀉藥中常見的碳酸鎂,能夠中和反應過程中可能產生的酸性物質。此外,碳酸鎂加熱後產生二氧化碳,也是煙霧的組成之一。 中和劑
鄰-氯代苯亞甲基丙二腈 催淚的主角,也就是前面提到的CS。大約每立方公尺4毫克(mg)就能驅散群眾;致死劑量則要多達每立方公尺25公克(g)。 催淚
硝化纖維 確保所有成分均勻混和。 混和劑
 整理自:What’s Inside: Tear Gas — WIRED [05.31.2011]

為什麼催淚彈既不黯然又不銷魂卻讓人兩淚交流?

雖然催淚彈已經存在近一世紀,不過科學家對於催淚的生化機制還是了解不多 [6],當然也沒有接觸到催淚物質後立即有效的治療方式。

耶魯大學醫學院的藥理學家滕德(Sven-Eric Jordt)長期研究催淚物質,他在德國就學時曾參與反對核廢料的遊行,也在那場遊行中體驗到他的研究對象有多催淚 [7]。

滕德發現,催淚物質對於體表神經上的TRP離子通道(Transient Receptor Potential channels)來說是一種促進劑(agonist),當TRP離子通道接收到催淚物質,就會引發一連串的生理反應,像是疼痛、發炎、紅腫。他在2008年發表的研究中,基改實驗小鼠天生不具有TRPA1通道蛋白,和一般的小鼠相比,對於催淚物質的反應行為就沒這麼強烈;另外,研究團隊也成立利用兩種TRPA1的阻斷劑(antagonists)減少催淚物質引起的刺激,顯示TRPA1是其中一個催淚物質作用的通道蛋白 [6]。

不過TRPA1阻斷劑是否能夠應用在反催淚彈呢?滕德在接受《國家地理》採訪時提到:「很難說,理論上可以。」但他認為在接觸催淚彈之前使用阻斷劑很有風險,因為TRPA1引發的身體不適,為了就是讓我們知道有危險該遠離,假如使用了阻斷劑,很可能讓自己暴露在更高劑量的刺激物質下,更有風險導致化學灼傷 [7]。

要是輕看催淚彈就要落淚了

「催淚彈」這個字會被誤解成只有催淚的效果,但其實催淚物質刺激的是體表(是的!即使你戴了防毒面罩,但是穿著吊嘎遇上催淚彈還是會刺痛),只是像是眼、鼻、口這種有粘膜的部位更容易受到化學物質的刺激。催淚物質除了會讓人流淚、皮膚紅腫疼痛之外,還會刺激呼吸道,嚴重的時候可能會窒息。2011年,一位巴勒斯坦婦女就在一場抗議行動中,因為催淚氣體讓她無法呼吸而致死 [8]。稱這些鎮暴武器為「非致死性兵器」,反而會讓人掉以輕心(參考〈橡膠子彈,最致命的「非致命武器」〉

接觸到催淚物質會不會對身體造成長期影響,或者永久性的傷害?「不知道」,畢竟接觸過催淚物質的人不多,很難有足夠的個案供科學家追蹤,但是滕德教授已經開始相關的研究。[9]

催淚彈在面前落下該…..?

跑吧。

如同前面提到的,目前沒有立即減緩刺激的方法。催淚彈在開放空間的作用有限,特別是有風的時候,很容易被吹散,所以遇到催淚彈,往新鮮空氣方向閃避才是上策。另外,即使被嗆到很難受也不要原地蹲下,因為常見的催淚物質CS比空氣重,會往下沉,蹲下只會接觸更多CS。 [5.5]

遠離催淚彈之後,盡可能換掉衣物,因為CS在常溫下是粉末,沾附在衣物上的CS會持續刺激皮膚 [5.5],不過特別要注意的是不能接觸到含氯漂白配方的清潔劑,那會使CS反應成更具毒性的物質。此外,也要避免雙手接觸眼、口、鼻-沒錯,別揉眼睛,還有在擤鼻涕前也要先洗手,避免手上沾到CS又再次刺激粘膜。

——————–

科宅我是沒遇過催淚彈,期盼這波香港佔中的朋友平安順利。

 

▼軍官入伍訓中的毒氣體驗就是用CS

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參考資料:

  1. Ethyl bromoacetate — Wikipedia
  2. Chemical weapons in World War I — Wikipedia
  3. Geneva Protocol — Wikipedia
  4. Phenacyl chloride — Wikipedia
  5. How Tear Gas Works — How Stuff Works
  6. Bessac, B. F., Sivula, M., von Hehn, C. A., Caceres, A. I., Escalera, J., & Jordt, S. E. (2009). Transient receptor potential ankyrin 1 antagonists block the noxious effects of toxic industrial isocyanates and tear gases. The FASEB Journal, 23(4), 1102-1114.
  7. The Surprising History and Science of Tear Gas. National Geographic [June 12, 2013]
  8. Israel investigates tear gas death of Palestinian protester. The Guardian [2 January 2011]
  9. What Are the Long-Term Health Effects of Tear Gas? SoU [August 21, 2014 ]

關於作者

陸子鈞

Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。