Warum das Hochvoltverfahren natürliche ppm-Grenzen hat

Wir haben immer wieder Kunden die sich intensiver mit kolloidalen Metallen beschäftigen und früher oder später immer dieselbe Frage stellen:

„Warum hat euer kolloidales Silber nur etwa 25 ppm oder das kolloidales Gold nur 10 ppm? Wäre es nicht besser, 50 oder 100 ppm anzubieten?“

Gerade Menschen mit naturwissenschaftlichem Hintergrund haben hier ein berechtigtes Informationsbedürfnis. Sie schauen nicht nur auf das Etikett, sondern wollen verstehen, was im System passiert: im Plasmabogen, in der Flüssigkeit, bei den Partikeln selbst.

In diesem Artikel schauen wir uns deshalb detailliert an,

• was ein Kolloid aus physikalischer Sicht ist,
• was ppm tatsächlich bedeutet,
• wie das Hochvolt-Plasmaverfahren (Bredig-Verfahren) funktioniert,
• warum der Plasmabogen ab einer bestimmten Konzentration von selbst instabil wird
• und weshalb „mehr ppm“ bei Hochvolt-Kolloiden nicht automatisch „besser“ ist.
  
  

Was ein Kolloid physikalisch ausmacht – und warum der Tyndall-Effekt wichtig ist

Ein Kolloid ist keine „irgendwie feine Lösung“, sondern eine ganz klar definierte Zustandsform: Ein Stoff (die disperse Phase) ist als feinste Partikel in einem kontinuierlichen Medium verteilt. Für klassische Kolloide liegt mindestens eine Dimension der Partikel typischerweise im Bereich von etwa 1 bis 1000 nm.

Damit bewegen wir uns in einer Größenordnung, in der:

• die Partikel zu groß sind, um einzelne Moleküle einer echten Lösung zu sein,
• aber zu klein, um sich schnell abzusetzen wie in einer groben Suspension.

Genau in diesem Größenfenster tritt ein charakteristisches Phänomen auf: der Tyndall-Effekt. Dabei wird ein Lichtstrahl – besonders deutlich der eines grünen Laserpointers mit etwa 532 nm Wellenlänge – an den Kolloidpartikeln gestreut, so dass sein Weg durch die Flüssigkeit sichtbar wird. In reinstem Wasser oder in einer echten molekularen Lösung wäre der Lichtweg unsichtbar; im Kolloid zeichnet sich der Lichtkegel als dünner Strahl klar ab, weil die Partikel das Licht in verschiedene Richtungen streuen.

Interessant ist dabei ein weiterer Qualitätsaspekt: Je homogener und ruhig der Tyndall-Strahl erscheint, desto gleichmäßiger (enger) ist in der Regel die Partikelgrößenverteilung. Beginnt der Lichtstrahl dagegen stark zu „glitzern“, zu funkeln und punktuell aufzublitzen, deutet das meist darauf hin, dass sehr unterschiedlich große Partikel und Aggregate vorhanden sind. Auch daran lassen sich hochwertige, kolloidchemisch saubere Kolloide von weniger gleichmäßigen Ansätzen unterscheiden.

Für die Praxis heißt das:
Ein echtes Kolloid wie kolloidales Silber, Gold oder Platin zeigt bei geeigneter Konzentration und Geometrie einen klar erkennbaren Tyndall-Effekt. Gleichzeitig bleibt die Flüssigkeit dennoch optisch „klar“ und homogen – es schwimmen keine Flocken, Schlieren oder sichtbaren Teilchen darin.

Entscheidend ist dabei eine möglichst homogene Partikelgrößenverteilung: Je enger der Großteil der Partikel in einem bestimmten Größenfenster liegt, desto definierter sind Farbe, Tyndall-Effekt und Stabilität. Eine breite, „schwammige“ Verteilung führt dagegen schneller zu Aggregation und sichtbaren Trübungen.

ppm – was die Zahl kann und was nicht

Die Einheit ppm (parts per million) ist zunächst einmal eine reine Konzentrationsangabe. Bezogen auf kolloidale Metalle bedeutet sie:

• 1 ppm ≈ 1 mg Metall pro Liter Wasser
• 10 ppm ≈ 10 mg Metall pro Liter
• 25 ppm ≈ 25 mg Metall pro Liter

Klingt trivial – führt aber oft zu Missverständnissen. Denn die ppm-Zahl sagt nur, wie viel Metall pro Liter vorhanden ist. Sie sagt nicht, in welcher Form dieses Metall vorliegt:

• als metallische Nanopartikel (echtes Kolloid),
• als gelöste Ionen oder Metallsalze,
• oder als Mischung aus beidem.

Aus kolloidchemischer Sicht sind aber Partikelgröße, Größenverteilung, Zeta-Potential (Ladungszustand der Partikeloberfläche) und Stabilität mindestens ebenso wichtig wie die Konzentration. Ein hochkonzentriertes System mit 80 ppm, das zur Aggregation und Ausflockung neigt, ist qualitativ deutlich schlechter als ein moderates, aber stabil disperses System mit z. B. 10–30 ppm.

Ein praktisches Beispiel ist kolloidales Gold: In der Literatur und in der kolloidchemischen Praxis liegt der „Sweet Spot“ gut hergestellter Goldkolloide typischerweise im Nanometerbereich von etwa 5 bis 30 nm, grob also in einer Spanne von ca. 5–50 nm. In diesem Größenfenster zeigen die Partikel die charakteristische minimal rosa- rubinrote Farbe, einen klaren Tyndall-Effekt und bleiben bei sinnvoller Konzentration gut stabil. Werden die Partikel deutlich größer, nimmt die Trübung zu und die Neigung zu Aggregation steigt; werden sie extrem klein oder die Konzentration zu hoch, verändern sich Farbe und Stabilität ebenfalls. Das zeigt: Nicht nur die ppm-Zahl, sondern vor allem der richtige Größenbereich der Nanopartikel entscheidet über die Qualität eines Kolloids.

Das Hochvolt-Plasmaverfahren (Bredig-Verfahren) – kontrollierte Unterwasserblitze

Das von uns verwendete Hochvolt-Plasmaverfahren geht historisch auf das Bredig-Verfahren zurück, mit dem bereits Ende des 19. / Anfang des 20. Jahrhunderts kolloidales Gold und Silber hergestellt wurde. Dabei wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen zwei Metallelektroden (z. B. Gold, Silber, Platin) unter Wasser gezündet.Wikipedia+2Shaalaa.com+2

Vereinfacht läuft der Prozess so:
Zwei hochreine Metallstäbe tauchen in hochreines Wasser ein und stehen sich im Abstand von wenigen Millimetern gegenüber. Wird jetzt eine ausreichend hohe Spannung angelegt, schlägt ein Plasmabogen zwischen den Elektroden durch. Die Temperatur im Lichtbogen ist extrem hoch; Teile der Elektrodenoberfläche werden quasi schlagartig verdampft. Diese Metallatome kondensieren in der kühlen Umgebung des Wassers zu winzigen Nanopartikeln, die in der Flüssigkeit schweben bleiben. Es entsteht ein Kolloid, also ein „Sol“ aus Metallpartikeln im Wasser.Wikipedia+1

Der große Vorteil dieser Methode:
Es werden keine Fremdchemikalien (Reduktionsmittel, komplexe Stabilisatoren usw.) benötigt. Das System besteht im Idealfall nur aus:

• hochreinem Wasser als Dispersionsmedium und
• hochreinem Metall als disperser Phase.

Gerade für Anwender, die Wert auf Reinheit legen, ist dieser Aspekt zentral. Man könnte sagen: Das Hochvoltverfahren liefert ein besonders „ehrliches“ Kolloid – allerdings mit eingebauten physikalischen Grenzen.

Warum der Plasmabogen sich selbst begrenzt

Spannend – und für die ppm-Frage entscheidend – ist die Dynamik während der Herstellung. Im Hochvolt-Plasmaverfahren ändert sich das System mit jeder Minute, in der der Bogen läuft.

Zunehmende Leitfähigkeit der Lösung

Zu Beginn enthält das Wasser praktisch keine Ionen. Es ist elektrisch gesehen ein schlechter Leiter, die Leitfähigkeit ist sehr gering. Das bedeutet:

• Es ist eine relativ hohe Durchschlagsspannung nötig,
• der Stromfluss bleibt begrenzt,
• der Plasmabogen konzentriert sich elegant zwischen den Elektroden.

Mit jedem weiteren Nanopartikel und jedem Metallion, das in die Lösung gelangt, steigt jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Mediums. Die Flüssigkeit „zieht“ mehr Strom. Da Hochspannungsquellen aus Sicherheits- und Selbstschutzgründen immer strombegrenzt arbeiten, reagieren sie darauf, indem die effektiv anliegende Spannung zurückgeht.

Ab einem bestimmten Leitfähigkeitsniveau reicht die Spannung zwischen den Elektrodenspitzen nicht mehr aus, um den Plasmabogen stabil zu halten. Der Bogen beginnt zu flackern, bricht ab, zündet neu, bricht wieder ab. Statt eines konstanten Lichtbogens erhält man nur noch kurze Funkenentladungen oder gar nichts mehr.

Subjektiv sieht das genau so aus, wie du es von deiner Praxis kennst:

Am Anfang läuft alles „butterweich“, nach einer gewissen Zeit wird es sprunghaft schwieriger. Physikalisch hat dein System dann eine Maximal-Konzentration pro Ansatz erreicht, die sich aus Wasserreinheit, Netzteil, Spannung, Abstand und Metallart ergibt.

Elektrodenverschleiß und Geometrieänderung

Parallel dazu treten unvermeidlich Erosionsprozesse an den Elektroden auf. Der Bogen frisst sich in die Oberfläche, die ursprünglichen scharfen Stabspitzen werden:

• aufgeschmolzen,
• abgerundet,
• von Kratern und Rauigkeiten überzogen.

Für das elektrische Feld ist die Geometrie aber entscheidend: Scharfe Spitzen erzeugen lokal hohe Feldstärken, was die Zündung des Lichtbogens erleichtert. Stumpfe und bildlich gesagt rundgelutschte Enden senken die Feldstärke und machen den Durchschlag schwieriger.

Wenn man das mit der durch die steigende Leitfähigkeit ohnehin schon reduzierten Spannung kombiniert, ist klar, warum sich der Bogen im späteren Verlauf immer unwilliger zünden lässt. Der Prozess besitzt also eine eingebaute technische Selbstbegrenzung, lange bevor man theoretisch 50 oder 100 ppm erreichen könnte.

Gasblasen, Dampf und lokale Inhomogenitäten

Hinzu kommt, dass der Plasmabogen im Wasser lokal enorme Temperaturen erzeugt. Wasser verdampft, es entstehen Gasblasen, zusätzlich laufen Elektrolyseprozesse ab. Um die Elektrodenspitzen bildet sich ein Teppich aus Dampf- und Gasblasen, in dem die elektrischen Eigenschaften (Permittivität, Durchschlagfeldstärke) stark von denen der flüssigen Phase abweichen.

Typische thermische Plasmen in Lichtbögen erreichen Gastemperaturen im Bereich von etwa 5 000 bis 20 000 K, in stark konzentrierten Plasmabrennern sogar bis in die Größenordnung von 20 000–28 000 °C – also weit über dem Schmelz- und teilweise sogar über dem Siedepunkt der meisten Metalle.

Zum Vergleich: 
Die Schmelzpunkte der von Colloimed eingesetzten Metalle liegen grob zwischen knapp über 200 °C und etwas über 3 000 °C –

etwa Zinn ~232 °C, Zink ~420 °C, Silber ~961 °C, Gold ~1 064 °C, Kupfer ~1 084 °C, Nickel ~1 455 °C, Platin ~1 768 °C und für hochfeuerfeste Metalle wie Tantal (~3 017 °C) oder Rhenium (~3 180 °C) am oberen Ende der Skala.

Das bedeutet: Egal ob Bismut, Bor, Chrom, Cobalt, Eisen, Germanium, Gold, Graphit, Indium, Iridium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Molybdän, Nickel, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Selen, Silber, Silizium, Tantal, Titan, Vanadium, Zink oder Zinn – sie alle werden im Bereich des Plasmakanals ohne Mühe aufgeschmolzen und zum Teil sogar verdampft. Die Unterschiede in den Schmelzpunkten spielen im Vergleich zu einem 10 000-K-Plasma praktisch keine Rolle mehr; entscheidend ist eher, wie schnell Material nachgeliefert wird und wie die Elektrodengeometrie aussieht.

Der reale Abstand zwischen Elektrode und Flüssigkeit ändert sich durch den Gas-/Dampf-Teppich permanent, das Feld wird lokal verzerrt, der Bogen „wandert“, springt, flammt auf und verschwindet wieder. Physikalisch betrachtet hat man eine sehr komplexe, dreiphasige Situation (Festkörper – Flüssigkeit – Gas), die eine ruhige, dauerhafte Plasmabrücke zunehmend erschwert.

Auch hier gilt: Je weiter man den Prozess in Richtung extreme Konzentrationen treibt, desto ausgeprägter werden diese Instabilitäten – bis eine vernünftige Weiterführung schlicht nicht mehr möglich ist.

Kolloidstabilität: warum hohe ppm leicht nach hinten losgehen

Neben der rein elektrischen Seite gibt es noch eine zweite, genauso wichtige Betrachtung: die Stabilität des Kolloids selbst.

Ein Metallkolloid bleibt dann über längere Zeit klar und homogen, wenn die Partikel:

• klein genug sind,
• sich in einer homogenen Partikelgrößenverteilung bewegen,
• eine ausreichende elektrostatische oder sterische Abstoßung zueinander besitzen (Zeta-Potential, DLVO-Theorie)
• und durch die Brown’sche Molekular-Bewegung in stetiger, zufälliger Bewegung gehalten werden.Chemie Potsdam+1

Erhöht man die Konzentration immer weiter, rücken die Partikel im Mittel enger zusammen. Die Chance, dass sie bei Kollisionen nicht mehr nur elastisch „aneinander vorbeitanzen“, sondern dauerhaft haften bleiben (Aggregation), steigt deutlich. Das Ergebnis sind:

• größere Cluster,
• verminderte Tyndall-Intensität bei gleichzeitig zunehmender Trübung,
• Schlieren, Flocken, Bodensatz.

Ab einem bestimmten Punkt hat man dann streng genommen kein stabiles Kolloid mehr, sondern eine metastabile Suspension, die früher oder später ausflockt.

Besonders heikel: Systeme ohne Stabilisatoren, wie sie typischerweise im Hochvolt-Plasmaverfahren gewünscht sind, haben hier naturgemäß weniger „chemische Krücken“, um übertrieben hohe ppm noch stabil zu halten. Die Konsequenz ist klar:

Es existiert auch aus kolloidchemischer Sicht ein Optimalbereich, in dem Konzentration und Stabilität in einem vernünftigen Verhältnis stehen. Genau dort findet man die typischen 10–30-ppm-Werte hochwertiger Hochvolt-Kolloide.

Mehr ppm ist besser“ – ein Missverständnis

Aus der Perspektive eines Laien wirkt es zunächst logisch:

„Wenn 10 ppm gut sind, müssen 50 ppm doch besser sein.“

Aus Sicht der Kolloidchemie und der Hochvolt-Prozesstechnik ist das zu kurz gedacht. Ein paar zentrale Punkte:

• Die ppm-Zahl alleine sagt nichts über Partikelgröße, Zeta-Potential, Stabilität oder Bioverfügbarkeit.
• Extrem hohe ppm bei rein physikalischen Verfahren ohne Zusätze sind ein Warnsignal – hier stimmt entweder die Angabe nicht mit der Realität überein, oder das Produkt ist kolloidal instabil.
• Der Tyndall-Effekt, eine klare optische Erscheinung und lange Haltbarkeit ohne Ausflockung sind deutlich aussagekräftigere Qualitätsindikatoren.Chemistry LibreTexts+2Tetra Fit+2

Für Hochvolt-Kolloide ist es daher kein „Mangel“, wenn sie nicht mit 100-ppm-Werten auftrumpfen. Im Gegenteil: Die Kombination aus

• moderater, technisch sinnvoller Konzentration,
• enger Partikelgrößenverteilung,
• sauberem Tyndall-Effekt ohne sichtbare Flocken
• und Verzicht auf Fremdchemikalien

ist genau das, was man aus wissenschaftlicher Sicht von einem hochwertigen Metallkolloid erwarten darf.

Kosten, Aufwand und Qualitätsniveau – warum Hochvolt-Kolloide kein Billigprodukt sind

Aus all diesen Gründen ist es naheliegend, dass hochwertige Hochvolt-Kolloide weder technisch noch wirtschaftlich als Billigprodukt hergestellt werden können. Das Verfahren ist in mehrfacher Hinsicht aufwendig:

• Es benötigt hochreine Metallelektroden mit definierten Spezifikationen (Reinheit, Geometrie, Oberflächenzustand).
• Es erfordert hochreines Wasser, dessen Leitfähigkeit und Qualität über den gesamten Prozess kontrolliert werden müssen.
• Die verwendete Hochspannungstechnik muss so ausgelegt sein, dass sie den Plasmabogen stabil in einem engen Prozessfenster halten kann, ohne in gefährliche oder destruktive Betriebsbereiche zu geraten.
• Zusätzlich müssen Parameter wie Elektrodenabstand, Prozessdauer, Kühlung während des Prozesses und Abkühl- bzw. Ruhezeiten so gewählt werden, dass eine homogene Partikelgrößenverteilung entsteht und das Kolloid stabil bleibt.

All das führt dazu, dass ein echtes Hochvolt-Kolloid nicht mit der gleichen Kostenstruktur produziert werden kann wie eine einfache Niedervolt-Elektrolyselösung, bei der überwiegend Ionen entstehen und der apparative Aufwand deutlich geringer ist.

Hinzu kommt ein qualitativer Aspekt: Ein sorgfältig geführter Hochvoltprozess zielt nicht darauf ab, möglichst billig eine möglichst hohe ppm-Zahl zu erzeugen, sondern eine kolloidchemisch saubere Nanopartikeldispersion bereitzustellen – mit homogener Partikelverteilung, deutlichem Tyndall-Effekt, klarer Optik und möglichst geringer Neigung zur Aggregation.

Hochvolt-Kolloide sind daher konsequenterweise Premiumprodukte: Sie erfordern mehr Know-how, mehr Prozesskontrolle und hochwertigere Ausgangsmaterialien. Der Unterschied zur einfachen Niedervoltherstellung zeigt sich nicht in spektakulären Gesundheitsversprechen (die rechtlich ohnehin nicht zulässig wären), sondern in physikalisch klar beschreibbaren Qualitätsmerkmalen des Kolloids selbst.

Darum verzichten wir bewusst auf extrem hohe ppm-Werte

„Unsere Hochvolt-Kolloide haben bewusst keine 100 ppm, weil das physikalisch weder sinnvoll noch stabil wäre.

Im Hochvolt-Plasmaverfahren steigt mit jeder Minute die Leitfähigkeit der Lösung; der Plasmabogen wird instabil und bricht irgendwann ab – der Prozess begrenzt sich also selbst. Gleichzeitig nimmt bei zu hohen Konzentrationen die Neigung zur Verklumpung und Ausflockung zu.

Wir wählen daher ppm-Bereiche, in denen die Partikel wirklich nanometerklein, homogen verteilt und lange stabil sind. Das ist kolloidchemisch deutlich sinnvoller, als einfach nur eine möglichst hohe Zahl aufs Etikett zu schreiben.“

Fazit

Das Hochvolt-Plasmaverfahren ist eine der elegantesten Methoden, um kolloidale Metalle wie Silber, Gold oder Platin aus reinem Metall in hochreinem Wasser zu gewinnen – ohne chemische Reduktionsmittel oder Stabilisatoren.Wikipedia+1

Dass solche Hochvolt-Kolloide typischerweise nur in einem Bereich von etwa 10–30 ppm liegen, ist keine Schwäche, sondern Ausdruck von:

• physikalischer Selbstbegrenzung des Plasmabogens,
• kolloidchemischer Vernunft in Bezug auf Stabilität und Aggregationsneigung,
• und einem Qualitätsanspruch, der nicht auf der Jagd nach Maximalzahlen basiert, sondern auf reproduzierbarer, homogener Nanopartikel-Dispersion.

Oder anders formuliert:

Hochvolt-Kolloide brauchen keine 100 ppm.

Sie brauchen ein ausgewogenes Verhältnis von Konzentration, homogener Partikelverteilung, Stabilität und Reinheit – und genau darauf kommt es an.

In diesem FAQ-Bereich beantworten wir die häufigsten Fragen rund um ppm, Hochvolt-Kolloide und den Unterschied zum Niedervoltverfahren.