3/11/16 ¡ 1 ¡
Common Laboratory Hazards
Rich Wittman, MD, MPH Clinical Assistant Professor rwi$man@stanford.edu ¡ ¡ Medical Director, Stanford and SLAC Occupational Health Centers
Disclosures
I have nothing to disclose
Goals Stress the global importance of iden:fying laboratory - - PDF document
3/11/16 Common Laboratory Hazards Rich Wittman, MD, MPH Clinical Assistant Professor rwi$man@stanford.edu Medical Director, Stanford and SLAC Occupational Health Centers Disclosures I have nothing to disclose 1 3/11/16
Rich Wittman, MD, MPH Clinical Assistant Professor rwi$man@stanford.edu ¡ ¡ Medical Director, Stanford and SLAC Occupational Health Centers
I have nothing to disclose
§ Stress ¡the ¡global ¡importance ¡of ¡iden:fying ¡laboratory ¡hazards ¡in ¡your ¡ workplace, ¡using ¡this ¡knowledge ¡to ¡dictate ¡safety ¡policy ¡and ¡goals ¡ § Provide ¡an ¡overview ¡of ¡higher-‑profile ¡lab ¡safety ¡incidents ¡ § Convey ¡the ¡significant ¡impact ¡of ¡a ¡single ¡adverse ¡lab ¡event, ¡and ¡the ¡ease ¡
§ Discuss ¡an ¡approach ¡for ¡addressing ¡ins:tu:onal ¡risk ¡as ¡it ¡pertains ¡to ¡the ¡ lab ¡research ¡environment ¡ ¡
§ All ¡substances ¡are ¡poisons; ¡there ¡is ¡none ¡which ¡is ¡not ¡a ¡poison. ¡The ¡right ¡dose ¡
differen8ates ¡a ¡poison ¡from ¡a ¡remedy ¡-‑-‑Paracelsus, ¡1567 ¡
§ 2007: ¡Jury ¡rules ¡against ¡radio ¡sta:on ¡aNer ¡woman ¡dies ¡in ¡water ¡drinking ¡contest ¡ § 2012: ¡Tragic ¡case ¡involving ¡12-‑year ¡old ¡following ¡a ¡game ¡of ¡“water ¡poker” ¡
§ Precau:onary ¡Principle ¡
§ Protec:ve ¡ac:ons ¡can ¡and ¡should ¡be ¡taken ¡before ¡defini:ve ¡proof ¡has ¡been ¡
established ¡of ¡poten:al ¡harm ¡from ¡use ¡of ¡any ¡chemical ¡with ¡suspected ¡toxic ¡ impacts ¡on ¡human ¡or ¡environmental ¡health ¡
§ In ¡2003, ¡San ¡Francisco ¡became ¡the ¡first ¡U.S. ¡city ¡to ¡adopt ¡a ¡Precau:onary ¡Principle ¡
“Where ¡threats ¡of ¡serious ¡or ¡irreversible ¡damage ¡to ¡people ¡or ¡nature ¡exist, ¡lack ¡of ¡full ¡
scien:fic ¡certainty ¡about ¡cause ¡and ¡effect ¡shall ¡not ¡be ¡viewed ¡as ¡sufficient ¡reason…to ¡ postpone ¡cost ¡effec:ve ¡measures ¡to…protect ¡the ¡health ¡of ¡its ¡ci:zens..” ¡
¡ ¡
§ Risk ¡stra:fica:on ¡
§ Where ¡does ¡this ¡leave ¡us? ¡ ¡Relying ¡on ¡common ¡sense ¡and ¡pragma:sm, ¡or ¡
paranoid? ¡
§ What ¡is ¡your ¡knowledge ¡base? ¡
§ Preven:on ¡requires ¡a ¡baseline ¡awareness ¡of ¡poten:al ¡risk, ¡toxic ¡or ¡otherwise ¡
§ Soda ¡and ¡diabetes ¡ ¡ § Bleach ¡and ¡ammonia ¡ § Arsenic ¡and ¡brown ¡rice ¡ ¡
§ What ¡is ¡the ¡end ¡point ¡or ¡outcome ¡of ¡interest? ¡ § Acute ¡or ¡chronic? ¡ Chemical ¡burn ¡/ ¡neoplas:c ¡agent ¡risk ¡ § High ¡visibility, ¡high ¡impact, ¡or ¡high ¡likelihood? ¡ Pyrophoric ¡agent ¡/ ¡formaldehyde ¡splash ¡ § The ¡risk-‑assessment ¡relies ¡on ¡the ¡breadth ¡and ¡scope ¡of ¡the ¡health ¡and ¡safety ¡
vision ¡AND ¡in:mate ¡knowledge ¡of ¡the ¡research ¡processes ¡
Ø This ¡requires ¡subject ¡maber ¡expert ¡and ¡line-‑level ¡input ¡ Chemical ¡ Safety ¡ Lab ¡Safety ¡ Biosafety ¡ Hazardous ¡ Materials ¡ Ergonomics ¡ Occupa:onal ¡ Health ¡ Compliance ¡and ¡ Safety ¡Assistance ¡ Industrial ¡ Hygiene ¡
Interdepartmental ¡communica8on ¡
What ¡is ¡your ¡mechanism ¡for ¡integra8ng ¡and ¡assessing ¡these ¡risks? ¡
§ Pyrophorics ¡
§ Can ¡spontaneously ¡ignite ¡in ¡air ¡at ¡temps ¡<130°F ¡
§ Gases: ¡stored ¡in ¡compressed ¡gas ¡cylinders ¡ § Liquids: ¡metal ¡hydride/alkyl/carbonyl/vinyl ¡stored ¡in ¡a ¡hydrocarbon ¡solvent ¡(THF, ¡
pentane, ¡heptane) ¡
§ Solid: ¡Metal ¡stored ¡in ¡oil ¡
§ Highly ¡reac:ve ¡with ¡air ¡(oxygen) ¡and ¡water ¡(moisture) ¡
§ Handled ¡in ¡inert ¡condi:ons ¡(argon/nitrogen) ¡ § Flame-‑dry ¡glassware ¡cooled ¡in ¡inert ¡atmosphere ¡
§ Act ¡as ¡strong ¡base ¡and ¡H+ ¡remover ¡(deprotona:on) ¡
§ Schlenk ¡line ¡technique ¡
§ Air ¡‘removal’ ¡from ¡needle ¡and ¡syringe ¡ § Draw ¡up ¡reagent ¡into ¡syringe ¡ § Draw ¡up ¡inert ¡gas ¡into ¡needle/syringe ¡
¡
§ PPE ¡
§ Nitrile ¡gloves, ¡inner ¡layer ¡ § 2nd ¡layer ¡of ¡chemical-‑resistant, ¡silver ¡shield ¡gloves ¡ § Flame-‑resistant ¡lab ¡coat, ¡long ¡pants, ¡closed-‑toe ¡shoes ¡ § Tight-‑finng ¡goggles, ¡full ¡face ¡shield ¡
§ Emergency ¡response ¡
§ Immediate ¡use ¡of ¡emergency ¡shower ¡ § Dry ¡chemical ¡fire ¡ex:nguisher: ¡Can ¡be ¡applied ¡in ¡presence ¡of ¡people ¡ § Pyro ¡Chemical ¡Purple ¡K ¡(PK): ¡Potassium ¡bicarbonate ¡ § Standard ¡ABC ¡Dry ¡Chemical: ¡ ¡Sodium ¡bicarbonate ¡ § Soda ¡ash ¡(sodium ¡carbonate) ¡or ¡dry ¡sand ¡(SiO2) ¡
UCLA, ¡2008 ¡ tert-‑Butyllithium ¡(t-‑BuLi) ¡
Fatal ¡injury ¡following ¡tBuLi ¡air ¡exposure ¡ with ¡severe ¡burns ¡to ¡lab ¡assistant ¡
50 ¡ml ¡aliquots ¡in ¡60 ¡ml ¡syringe ¡
the ¡barrel ¡
needle ¡rather ¡than ¡recommended ¡1-‑2 ¡foot ¡needle ¡cannula; ¡ plas:c ¡not ¡glass ¡syringe ¡
Training ¡
goggles ¡
PPE ¡
accident, ¡lab ¡missed ¡30-‑day ¡deadline ¡to ¡address ¡without ¡penalty ¡
Supervision/ ¡ Oversight ¡
ex:nguisher ¡
improper ¡flammable ¡material ¡storage ¡
Work ¡Planning ¡ and ¡Control ¡
ac:onable ¡change ¡
Culture ¡
Texas ¡Tech, ¡2010 ¡ ~Nickel ¡hydrazine ¡perchlorate ¡ (NHP) ¡
Grad ¡student ¡with ¡loss ¡of ¡3 ¡fingers ¡and ¡ permanent ¡ocular ¡injury ¡
detonated ¡by ¡shock ¡or ¡fric:on; ¡ more ¡stable ¡when ¡‘wet’ ¡
Homeland ¡Security ¡research ¡on ¡ energe:c ¡materials ¡and ¡IEDs ¡
appear ¡uniform; ¡chose ¡to ¡grind ¡ ¡
safety ¡training ¡
Training ¡
returned ¡without ¡eyewear ¡
choice ¡based ¡upon ¡risk ¡of ¡experiment ¡
PPE ¡
due ¡to ¡amount ¡of ¡compound ¡needed ¡and ¡variability ¡between ¡batches ¡
Supervision/ ¡ Oversight ¡
hexane ¡to ¡mi:gate ¡explosive ¡hazard ¡with ¡high ¡quan:ty ¡NHP ¡
mg ¡limit ¡on ¡produc:on ¡of ¡energe:c ¡materials ¡
Work ¡Planning ¡ and ¡Control ¡
previously ¡
formally ¡communicated, ¡preven:ve ¡lessons ¡not ¡disseminated ¡
Culture ¡
Safety ¡Review ¡
Misses ¡and ¡ Incidents ¡ Chemical ¡ Inventory ¡ System ¡ RadiaUon, ¡ Toxins, ¡and ¡ Biologic ¡ Agents ¡ PPE ¡and ¡Risk ¡ ¡ training ¡ Ergonomics ¡ Safety ¡ Compliance ¡ and ¡ Assessment ¡
What ¡is ¡your ¡tool ¡for ¡integra8ng ¡and ¡assessing ¡these ¡risks? ¡
Boston ¡College ¡2011: ¡Beaker ¡with ¡thionyl ¡chloride ¡exploded ¡resul:ng ¡in ¡arm ¡
lacera:on ¡and ¡eye ¡injury ¡
§ Reacts ¡violently ¡with ¡moisture ¡in ¡highly ¡exothermic ¡reac:on ¡
¡SOCl2 ¡+ ¡H2O ¡→ ¡2 ¡HCl ¡+ ¡SO2 ¡
§ SO2: ¡Inhala:on ¡leads ¡to ¡immediate ¡upper ¡airway ¡irrita:on ¡
¡SO2 ¡+ ¡H2O ¡→ ¡H2SO3 ¡(sulfurous ¡acid) ¡
§ Eye, ¡nose, ¡throat ¡burning, ¡cough, ¡wheezing, ¡laryngospasm ¡
▫ 10 ¡ppm ¡coughing; ¡20 ¡ppm ¡bronchospasm ¡ ▫ Watch ¡for ¡delayed ¡pulmonary ¡symptoms ¡
¡ Colorado ¡College ¡2013: ¡13 ¡hospitalized ¡when ¡canister ¡exploded ¡when ¡students ¡
drilled ¡into ¡pressurized ¡container ¡to ¡obtain ¡Utanium ¡tetrachloride, ¡TiCl4 ¡
§ Liquid ¡at ¡room ¡temp, ¡it ¡reacts ¡strongly ¡with ¡moisture ¡
¡TiCl4 ¡+ ¡2 ¡H2O ¡→ ¡TiO2 ¡+ ¡4 ¡HCL ¡
§ Strong ¡oxidizing ¡agent, ¡can ¡react ¡violently ¡with ¡organic ¡solvents ¡(TNT) ¡
§ Can ¡cause ¡igni:on ¡of ¡combus:ble ¡material, ¡can ¡react ¡violently ¡with ¡water ¡
§ Nitra:ng ¡mixture: ¡Nitric ¡acid ¡mixed ¡with ¡sulfuric ¡acid, ¡which ¡helps ¡catalyze ¡certain ¡
reac:ons ¡
¡ ¡ ¡ ¡
Dermatologic ¡exposure ¡
§ Direct ¡skin ¡contact ¡leads ¡to ¡:ssue ¡damage ¡with ¡a ¡characteris:c ¡yellow ¡staining ¡ § [HNO3]: ¡Superficial ¡burns ¡in ¡5 ¡seconds, ¡full ¡thickness ¡aNer ¡30 ¡seconds ¡ § Penetra:on ¡into ¡deeper ¡layers ¡(e.g ¡HF) ¡does ¡not ¡occur ¡ ¡
§ Nitrogen ¡dioxide ¡(NO2) ¡
§ Forms ¡following ¡reac:ons ¡primarily ¡involving ¡concentrated ¡nitric ¡acid ¡
¡ ¡C ¡+ ¡4 ¡HNO3 ¡→ ¡CO2 ¡+ ¡4 ¡NO2 ¡+ ¡2 ¡H2O ¡
§ Lung ¡injury ¡
§ NO2 ¡forms ¡nitric ¡acid ¡on ¡contact ¡with ¡water ¡ § Less ¡soluble ¡in ¡water, ¡deeper ¡penetra:on ¡into ¡lungs ¡more ¡likely ¡
§ Reaches ¡lower ¡airways: ¡pneumoni:s, ¡bronchioli:s, ¡ARDS ¡
§ More ¡likely ¡than ¡SO2 ¡to ¡produce ¡delayed ¡symptoms ¡aNer ¡> ¡12 ¡hrs ¡
§ SOB ¡and ¡cough ¡characteris:c ¡ § Poten:al ¡for ¡acute ¡to ¡subacute ¡tachycardia, ¡wheezing, ¡cyanosis ¡ § Poten:al ¡for ¡onset ¡of ¡pulmonary ¡edema ¡following ¡minimal ¡ini:al ¡symptoms ¡
¡ ¡
¡
§ USC, ¡2003: ¡Lab ¡assistant ¡pouring ¡boble ¡of ¡nitra:ng ¡mixture ¡(nitric ¡and ¡ sulfuric ¡acids) ¡in ¡a ¡fume ¡hood ¡when ¡it ¡broke, ¡cascading ¡onto ¡her ¡thighs ¡and ¡the ¡
§ Hospitalized ¡with ¡3rd ¡degree ¡burns ¡ § Immediately ¡removed ¡clothing ¡and ¡shoes ¡and ¡splashed ¡some ¡water ¡on ¡the ¡area ¡ § Shortly ¡aNer ¡was ¡placed ¡in ¡safety ¡shower ¡by ¡supervisor ¡
¡ ¡ § Texas ¡Tech, ¡2011: ¡An ¡organic ¡solvent ¡mixture ¡was ¡(likely) ¡added ¡to ¡a ¡2.5 ¡L ¡ waste ¡boble ¡of ¡25-‑30% ¡nitric ¡acid. ¡Catastrophic ¡failure ¡of ¡the ¡sealed ¡acid ¡glass ¡ storage ¡boble ¡from ¡over-‑pressuriza:on ¡led ¡to ¡explosion ¡and ¡shrapnel ¡up ¡to ¡ nearly ¡60 ¡feet ¡away ¡
Distance ¡away ¡shrapnel ¡travelled ¡
Crack ¡in ¡fume ¡hood ¡countertop ¡
ContribuUng ¡factors ¡
§ University ¡of ¡Maryland, ¡2011 ¡
§ Two ¡students ¡in ¡sophomore ¡organic ¡chem ¡lab ¡added ¡nitric/sulfuric ¡acid ¡
mixture ¡to ¡waste ¡container ¡with ¡organic ¡reagents ¡
§ Treated ¡for ¡1st ¡and ¡2nd ¡degree ¡chemical ¡burns ¡
§ Princeton, ¡2012 ¡
§ Chemical ¡burns ¡on ¡face ¡and ¡bodily ¡contusions ¡aNer ¡container ¡broke ¡inside ¡a ¡
chemical ¡cabinet—a ¡solvent ¡had ¡been ¡added ¡to ¡nitric ¡acid ¡leading ¡to ¡ explosion ¡
§ With ¡use ¡of ¡eye ¡and ¡hand ¡PPE ¡ ColoraUon ¡of ¡ nitric ¡acid ¡burn ¡→ ¡
Case ¡example, ¡post-‑exposure ¡
§ 50 ¡year-‑old ¡life ¡science ¡researcher ¡presents ¡for ¡evalua:on ¡due ¡to ¡
persistent ¡headaches ¡following ¡work ¡in ¡the ¡lab. ¡ ¡Notes ¡occurs ¡ intermibently ¡but ¡now ¡triggering ¡migraine ¡with ¡aura. ¡With ¡reduced ¡sleep ¡ lately ¡due ¡to ¡work ¡and ¡home ¡stress. ¡
Outcome ¡1: ¡Pa:ent ¡with ¡known ¡migraines ¡and ¡clear ¡stressors ¡
Ø Referred ¡to ¡primary ¡physician ¡for ¡follow-‑up ¡
¡
Outcome ¡2: ¡Employee ¡asked ¡about ¡poten:al ¡trigger ¡at ¡work ¡and ¡reports ¡lab ¡ member ¡who ¡works ¡with ¡chemical ¡on ¡a ¡lab ¡bench ¡rather ¡than ¡the ¡hood ¡
Ø Contacted ¡lab ¡manager ¡who ¡reports ¡no ¡odor ¡in ¡lab, ¡just ¡typical ¡organic ¡odors ¡
more ¡sensi:ve ¡to ¡odors ¡than ¡most. ¡
¡ Outcome ¡3: ¡Industrial ¡hygiene ¡contacted ¡for ¡in-‑depth ¡follow-‑up ¡
Ø No ¡odor ¡in ¡lab ¡detected ¡in ¡lab ¡during ¡visits ¡ Ø Interviews ¡revealed ¡named ¡coworker ¡apparently ¡using ¡mercaptoethanol ¡outside ¡of ¡
hood ¡and ¡possibly ¡with ¡disposal ¡in ¡regular ¡trash ¡receptacle ¡
Ø Provided ¡educa:on ¡and ¡counselling ¡and ¡tasked ¡disposal ¡monitoring ¡to ¡compliance ¡
Case ¡example, ¡post-‑exposure ¡
§ 2-‑Mercaptoethanol ¡or ¡β-‑mercaptoethanol ¡(HOCH2CH2SH) ¡
§ Used ¡in ¡labwork ¡to ¡reduce/cleave ¡disulfide ¡bonds ¡before ¡gel ¡electrophoresis ¡ § Improves ¡survival ¡or ¡neuronal ¡cultures ¡ § Low ¡odor ¡threshold, ¡similar ¡to ¡odor ¡used ¡in ¡natural ¡gas ¡ § Work ¡required ¡in ¡chemical ¡fume ¡hood ¡or ¡100% ¡exhausted ¡BSC ¡ § Respiratory ¡effects: ¡Irritant ¡vapors ¡with ¡resultant ¡cough ¡to ¡shortness ¡of ¡breath ¡
§ ½ ¡or ¡full-‑face ¡respirator ¡if ¡work ¡performed ¡outside ¡of ¡hood ¡
§ Case ¡follow-‑up ¡
§ History ¡revealed ¡prior ¡exposure ¡for ¡employee ¡when ¡a ¡boble ¡of ¡MCE ¡dropped ¡
and ¡broke ¡10 ¡years ¡prior ¡
§ Local ¡area ¡evacuated ¡ § Employee ¡missed ¡one ¡month ¡of ¡work ¡
§ Headaches ¡ § Chemical ¡odor ¡sensi:vity ¡ § Respiratory ¡complaints ¡
Interfacing ¡with ¡the ¡lab ¡
Walk ¡around ¡the ¡lab ¡and ¡be ¡present ¡and ¡engaged ¡ Demonstrate ¡and ¡model ¡the ¡culture ¡of ¡safety ¡ Address ¡barriers ¡to ¡PPE ¡use ¡ Help ¡lab ¡members ¡see ¡the ¡bigger ¡picture ¡ Increase ¡hands-‑on ¡training ¡over ¡click-‑through ¡online ¡classes ¡ Provide ¡orienta:on ¡to ¡PIs ¡and ¡clear ¡SOP ¡guidelines ¡ Encourage ¡buddy ¡system ¡and ¡lab ¡safety ¡partnerships ¡ Educate ¡that ¡a ¡near-‑miss ¡is ¡an ¡incident ¡ Do ¡you ¡educate ¡and ¡empower..or ¡react ¡and ¡rec8fy? ¡
§
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§ A. ¡Lithium ¡Hydride ¡ ¡ § B. ¡Sulfur ¡Dioxide ¡ § C. ¡Nitrogen ¡Dioxide ¡ § D. ¡Formaldehyde ¡
§ A. ¡Enforce ¡and ¡reward ¡PPE ¡use ¡ § B. ¡Track ¡near-‑miss ¡incidents ¡ § C. ¡Establish ¡a ¡culture ¡of ¡safety ¡ § D. ¡Educate ¡incoming ¡PIs ¡
§ A. ¡Submerse ¡it ¡in ¡water ¡ § B. ¡Dry ¡chemical ¡ex:nguisher ¡ § C. ¡Carbon ¡dioxide ¡ex:nguisher ¡ § D. ¡Low-‑frequency ¡sound ¡wave ¡ex:nguisher ¡