Summary 3 – Chapter. 2 – “Prudent Practices…,” p. 21­28
Prudent Planning of Chemical Experiments
1.
Levels of Formality in Experiment Planning
Depending on the experience of the planner this might include:
(1) simple mental evaluation of hazards for straightforward experiments by experienced  chemists
(2) formal discussion of the experiment and options with experienced peers for more  hazardous operations
(3) a formal hazard review process with complete written documentation of the  procedures to be employed for new, unfamiliar, or intrinsically hazardous operations.
The following special areas of laboratory work will almost always require some approval  steps: work with radioactive materials; experiments involving pathogens that cause  serious or lethal infection; high­and low­pressure work; research involving especially  hazardous materials; and experiments being scaled up.
Diversity in local, state, and federal regulatory issues and institutional policies also enters  into the planning of an experiment.  A compound subject to specific regulations or for a  large quantity of the same compound might demand a detailed written experiment plan,  review by others, authorizing signatures, and accounting of material balances.
Individual Responsibilities for Planning Experiments
Implementation of effective pre­experiment review programs must be initiated and  backed by the highest level of leadership in an organization. Primary responsibility for  day­to­day implementation of such programs should rest with individuals who supervise  particular laboratory activities. While the experiments may be prepared and conducted by  the laboratory workers, it remains the responsibility of the laboratory supervisor to  determine what level of experiment planning is appropriate and to be accountable for  necessary training, documentation, and compliance with regulations.
The laboratory workers involved with the experiment or procedure should participate  actively and monitor the planning process carefully. When planning for new or  unfamiliar procedures or experiments, the workers should review the literature and  consult experts to assist with the review. These experts may be outside the regular chain  of leadership in the organization or may even be outside the organization altogether. They  could include program leaders, co­workers, and safety, health, toxicology, and industrial  hygiene personnel who are associated with chemical research. Experimenters should also  consult appropriate sections of the book and any other available safety, toxicology, and  industrial hygiene reference materials that might aid in planning the experiment. At the  completion of the pre­experiment review process, the workers should have complete  familiarity with the planned activities, their associated risks, all protective measures  needed, and contingency plans to deal with unexpected events or accidents. The  protection of the individual worker and the public is paramount. When conducting
1

laboratory activities, workers not only must have the knowledge necessary to ensure their  own safety and that of co­workers and society, but also must be willing to accept the  responsibility for that safety.
Institutional Policies and Emergency Response Planning
The institution in which the experiment is to be conducted is also responsible for certain  aspects of experiment planning. It is generally most for the experienced professionals  directly involved in the work to attempt to set guidelines for specific experiments.
However, the institution shares the ethical, legal, and financial burden of ensuring that  experimental work is carried out safely and responsibly.  Thus, the institution must  establish general guidelines for what constitutes prudence in laboratory work practices.
The institution is responsible for setting standards and keeping records of any necessary  training of laboratory workers. Moreover, in specific circumstances the institution may  spell out guidelines for working with specific hazards, as in the case of an especially  toxic compound or a federally regulated drug intermediate.  These issues are addressed in  the Chemical Hygiene Plan.
Steps for Planning an Experiment
1.  The research goals and objectives should be stated clearly in order to generate  unambiguous data
2.
Use the minimum amount of materials needed to successfully carry out the  experiment.  Consider the substitution of benign alternatives to some reagents.
Consider treatment methods.
Pollution prevention methods can minimize exposure to hazards and the potential risk  to the researchers while also minimizing the cost and waste disposal requirements  associated with the experiment
Evaluating Hazards and Assessing Risks in the Laboratory
The Material Safety Data Sheet (MSDS) for each hazardous chemical is one of the  resources that should be incorporated into experiment planning.  Laboratory Chemical
Safety Summaries (LCSSs), which are compiled in Apps. B of PP should be consulted or  developed for the materials involved.
In many experiments, new materials are produced whose physical properties and toxicity  are unknown. Extreme caution should be used until their compositions can be determined  and they can be proven safe. A critical analysis should also involve consideration of the  accidents that could occur in even simple experiments – broken glassware causing release  of materials, power failures, loss of water to condensers, etc.
Management of Chemicals
The experiment plan should include plans for acquiring and storing chemicals (just in  time ordering and just enough) and equipment to be used in the procedures. Materials  must be labeled; there must be inventory maintenance and reagent tracking for shelf life;  periodic monitoring of reactive chemicals; and avoidance of storage of incompatibles;
2

correct storage of flammables, reactive chemicals, etc.  Regulations governing shipping  and storage of chemicals must be observed (more details in Ch. 4).
Working with Chemicals
Anyone planning the experiment relies on judgment and consultation with the literature  and fellow scientists in determining which factors require particular attention. The  proposed experimental procedure should be considered in adequate detail before any  laboratory operations begin. Preparations should include procedures for sample  preparation, equipment assembly, start­up, calibration of equipment, data acquisition,  product purification and analysis, and storage and disposal of materials after the work is  completed. Special consideration should be given to planning for unattended operations,  novel equipment that is to be purchased or fabricated, and experiments that are  undergoing significant scale­up.
Working with Laboratory Equipment
The equipment hazards should be evaluated.  Consideration should be given to  whether proper maintenance procedures have been followed and documented for all  equipment. The proper use of personal protective equipment such as aprons, face shields,  gloves, safety glasses, and respirators should also be planned.
Disposal of Waste
Environmental and waste disposal issues for source reduction, waste  minimization, and recycling of materials must be considered in any experiment plan. The  chemical composition of all products and waste materials generated by the experiment  should be considered, and appropriate handling and disposal procedures for each of these  materials should be evaluated in advance.
Laboratory Facilities
The facilities proposed for an experiment should be assessed completely to identify any  associated hazards and to determine if the facilities are adequate for the purposes of the  experiment being planned.  Work with hazardous chemicals should be carried out with  fume hoods, elephant trunks, and glove boxes for some operations.
Discussion of Accidents –  Paper 3 – How are we exposed to chemicals?
1.Elizabeth Griffin, 22 – died from herpes B virus after being splashed in the eye from  body fluids of a rhesus monkey – problem – no goggles ­ $100,000 fine
3

2.Dartmouth Chemistry Professor Karen Wetterhahn, 48 – died from mercury poison –  one drop of dimethyl mercury penetrated her latex gloves (15 seconds) and was absorbed  into her skin – died 298 days later from CNS damage – wrong gloves – needed silver  shield gloves – must verify the correct protective equipment is used.
3.  Nitric acid and halogenated organic solvents in lab created an explosion – can’t  mix incompatible chemicals ­  you must wear your safety glasses at all times in  the laboratory  even if you aren't "doing anything."
Accident Prevention
·   Pay Attention to what you are doing. Lab accidents happen most often when you are  cleaning up or doing something you think isn't dangerous. If you notice an unusual fog  etc. coming from a waste bottle  do not cap it . Close the hood sash and notify your  supervisor immediately.
·   Always double check the label before pouring anything (waste or otherwise). In the  case above, someone in the lab did not read the tag on the waste bottle.
·   Properly label your reactions and containers .  Specifically label the contents, date  and person responsible
·   Hoods are not meant for chemical storage .. If you're not using certain chemicals, put  them away.  This minimizes the risk of mixing incompatible chemicals..
·   Never run experiments in hoods where waste is stored . Do not use or store  incompatible materials in the same fume hood. In the case above, the combination of  organics, acids and bases contributed to the resulting fire.
·   Minimize potential injury . When possible, avoid performing benchtop work  immediately across from a fume hood that is being used for waste collection or an  experiment.
·   Use the fume hood correctly . Keep the fume hood sash closed except when necessary  to contain accidental fires, ejecta and shrapnel (as well as fumes).
·   Do not perform unauthorized experiments . Not only is this generally forbidden, but  it increases the chance of an accidental mixing of incompatible chemicals. A student  doing this in a lab course may be expelled from the laboratory, charged with a crime,  and/or receive a failing grade in the course. Don't risk injury to yourself and others, your
GPA, those dreams of med school, or whatever by pulling a stupid lab stunt.
4

Fire  and Fire Extinguishers
Fire is the most common serious hazard that one faces in a typical chemistry laboratory.
If your clothing is on fire  (and the floor is not), STOP, DROP and ROLL on the  ground to extinguish the flames. If you are  within a few feet  of a safety shower or fire  blanket, you can use these instead, but do not try to make it "just down the hall" if you  are on fire. If one of your coworkers catches fire and runs down the hallway in panic,  tackle them and extinguish their clothing.
The two most common types of extinguishers in the chemistry laboratory are  pressurized dry chemical (Type BC or ABC, left) and carbon dioxide (right)  extinguishers:
.
In addition, you may also have a specialized Class D dry powder extinguisher for use on  flammablee metal fires (if not available, use sand on a metal fire).  Water­filled  extinguishers are  not  acceptable for chemistry laboratory use.
The National Fire Protection Association (NFPA) classifies fires into five general  categories (U.S.):
·
·
·
·
·
Class A  fires are ordinary materials like burning paper, lumber, cardboard,  plastics etc.
Class B  fires involve flammable or combustible liquids such as gasoline,  kerosene, and common organic solvents used in the laboratory.
Class C  fires involve energized electrical equipment, such as appliances,  switches, panel boxes, power tools, hot plates and stirrers. Water is usually a  dangerous extinguishing medium for class C fires because of the risk of electrical  shock unless a specialized water mist extinguisher is used.
Class D  fires involve combustible metals, such as magnesium, titanium,  potassium and sodium as well as pyrophoric organometallic reagents such as  alkyllithiums, Grignards and diethylzinc. These materials burn at high  temperatures and will react violently with water, air, and/or other chemicals.
Handle with care!!
Class K  fires are kitchen fires. This class was added to the NFPA portable
5

extinguishers Standard 10 in 1998. Kitchen extinguishers installed before June 30,
1998 are "grandfathered" into the standard.
Your fire extinguishers should have ABC ratings on them.
·   Dry chemical extinguishers  are useful for class ABC fires and are your best all  around choice. They have an advantage over CO
2  extinguishers in that they leave a  blanket of non­flammable material on the extinguished material which reduces the  likelihood of reignition. They also make a terrible mess ­­ but if the choice is a fire or a  mess, take the mess! Note that there are two kinds of dry chemical extinguishers!
·
·
Type BC  fire extinguishers contain sodium or potassium bicarbonate.
Type ABC  fire extinguishers contain ammonium phosphate.
·   CO
2
(carbon dioxide) extinguishers  are for class B and C fires. They don't work very  well on class A fires because the material usually reignites.
A few other extinguishers worth noting:
Halotron I extinguishers , like carbon dioxide units, are for use on class B and C fires.
Halotron I is an ozone­friendly replacement for Halon 1211 (which was banned by  international agreements starting in 1994). This "clean agent" discharges as a liquid, has  high visibility during dischage, does not cause thermal or static shock, leaves no residue  and is non­conducting. These properties make it ideal for computer rooms, clean rooms,  telecommunications equipment, and electronics. The superior properties of Halotron  come at a higher cost relative to carbon dioxide.
FE­36
TM
(Hydrofluorocarbon­236fa or HFC­236fa) is a DuPont­manufactured Halon
1211 replacement that is available commercially in  Cleanguard® extinguishers . The FE­
36 agent is less toxic than both Halon 1211 and Halotron I. In addition, FE­36 has zero  ozone­depleting potential; FE­36 is not scheduled for phase­out wheras Halotron I  production is slated to cease in 2015. A 100% non­magnetic CleanGuard model is now  available.
If you work around extremely high field magnets such as magnetic resonance imaging
(MRI) machines or nuclear magnetic resonance spectrometers (NMR's), you should only  have  non­magnetic fire extinguishers  on hand.
You are not required to fight a fire. Ever. If you have the slightest doubt about your  control of the situation DO NOT FIGHT THE FIRE. Please see the  Disclaimer  below.
1.  Use a mental checklist to make a Fight­or­Flight Decision. Attempt to use an  extinguisher only if ALL   of the following apply:
6

The building is being evacuated (fire alarm is pulled)
The fire department is being called (dial 911).
The fire is small, contained and not spreading beyond its starting  point.
The exit is clear, there is no imminent peril and you can fight the fire  with your back to the exit.
You can stay low and avoid smoke.
The proper extinguisher is immediately at hand.
You have read the instructions and know how to use the extinguisher.
IF ANY OF THESE CONDITIONS HAVE NOT BEEN MET, DON'T FIGHT THE
FIRE YOURSELF. CALL FOR HELP, PULL THE FIRE ALARM AND LEAVE
THE AREA.
·   Whenever possible, use the "Buddy System" to have someone back you up when using  a fire extinguisher. If you have any doubt about your personal safety, or if you can not  extinguish a fire, leave immediately and close off the area (close the doors, but DO NOT  lock them). Leave the building but contact a firefighter to relay whatever information you  have about the fire.
·   Pull the pin on the fire extinguisher.
·   Stand several feet from the fire, depress the handle and sweep back and forth towards  the fire. Note:
·
·
·
Do not walk on an area that you have "extinguished" in case the fire reignites or  the extinguisher runs out! Remember: you usually can't expect more than 10 full  seconds of extinguishing power on a typical unit and this could be significantly  less if the extinguisher was not properly maintained or partially discharged.
The metal parts of CO
2  extinguishers tend to get dangerously cold ­­ practice  using one beforehand or have someone show you the proper way to hold one.
Again, proper training is usually required by state or federal OSHA
·   Direct the extinguisher at the base of the flames until the fire is completely out.
7

·   Recharge any discharged extinguisher  immediately  after use. If you discharge an  extinguisher (even just a tiny bit) or pull the pin for any reason, call your campus or  corporate Fire Marshal's office to arrange a replacement
At least once a month (more often in severe environments) you should inspect  your extinguisher. Ensure that:  a.  b.  c.  d.  e.  f.
The extinguisher is not blocked by equipment, coats or other  objects that could interfere with access in an emergency.
The pressure is at the recommended level. On extinguishers  equipped with a gauge (such as that shown on the right) that means the  needle should be in the green zone ­ not too high and not too low.
The nozzle or other parts are not obstructed.
The pin and tamper seal (if it has one) are intact.
There are no dents, leaks, rust, chemical deposits and other signs of  abuse/wear. Wipe off any corrosive chemicals, oil, gunk etc. that may  have landed on the extinguisher.
Fire extinguishers should be pressure tested (a process called  hydrostatic testing) after a number of years to ensure that the cylinder is  safe to use. Consu
8