Kolloidales Selen selbst herstellen? Risiken und Grenzen

Selen in der Kolloidherstellung 

Anspruchsvoller als viele Metalle

Selen lässt sich nicht ohne Weiteres mit Silber, Gold oder Kupfer vergleichen. Seine elektrische Leitfähigkeit hängt stark von seiner strukturellen Form ab. Bei der elektrochemischen Bearbeitung können unterschiedliche Selenformen entstehen, und die Farbe der fertigen Flüssigkeit erlaubt keine sichere Aussage über deren Zusammensetzung.

Unsere klare Einschätzung lautet deshalb: Die Herstellung einer Selendispersion im Niedervoltverfahren ist kein geeignetes Einsteigerprojekt. Wer Selen elektrochemisch bearbeiten möchte, benötigt nicht nur einen geeigneten Generator und eindeutig dokumentiertes, für den jeweiligen Versuchsaufbau geeignetes Elektrodenmaterial, sondern auch fundierte Fachkenntnisse und idealerweise eine analytische Kontrolle des Ergebnisses.

Kann man kolloidales Selen selbst herstellen?

Warum eine sichtbare Veränderung noch keine definierte Selendispersion beweist

Eine sichtbare Selen enthaltende Dispersion kann unter bestimmten Bedingungen entstehen. Daraus folgt jedoch nicht automatisch, dass es sich um ein definiertes, reines und stabiles „kolloidales Selen“ handelt.

Bei der Niedervoltherstellung können gleichzeitig auftreten:

• elementare Selenpartikel,
• gelöste oxidierte Selenverbindungen,
• unterschiedlich große Partikel und Agglomerate,
• Reaktionsprodukte aus Wasserbestandteilen,
• mögliche Verunreinigungen aus Elektroden oder Kontaktteilen.

Ohne Laboranalyse bleibt daher offen, was tatsächlich hergestellt wurde.

Was ist Selen?

Ein Element mit verschiedenen Strukturen und sehr unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften

Selen ist ein chemisches Element mit dem Symbol Se und der Ordnungszahl 34. Es gehört zur Gruppe der Chalkogene und besitzt sowohl nichtmetallische als auch halbleitende Eigenschaften.

Im Unterschied zu typischen Metallen wie Silber oder Kupfer besitzt Selen keine einheitlich hohe elektrische Leitfähigkeit. Entscheidend ist, in welcher allotropen, also strukturellen Form das Material vorliegt.

Zu den bekannten Erscheinungsformen gehören unter anderem:

• graues beziehungsweise trigonal-kristallines Selen,
• rotes kristallines Selen,
• rotes amorphes Selen,
• schwarzes glasartiges Selen.

Graues, trigonal-kristallines Selen ist die thermodynamisch stabilste Form und vergleichsweise besser leitfähig. Amorphes oder glasartiges Selen kann dagegen ausgesprochen hochohmig sein. Auch Licht, Temperatur, Kristallfehler und Dotierungen beeinflussen seine elektrische Leitfähigkeit.

99,999 % Reinheit bedeutet nicht automatisch gute Leitfähigkeit

Chemische Reinheit und elektrische Leitfähigkeit sind zwei verschiedene Eigenschaften

Die Reinheitsangabe einer Elektrode beschreibt den Anteil des chemischen Elements. Eine Reinheit von 99,999 % – häufig auch als 5N bezeichnet – bedeutet, dass nur sehr geringe Mengen anderer Elemente enthalten sein sollen.

Diese Angabe beantwortet jedoch nicht:

• welche Selenstruktur vorliegt,
• wie hoch der elektrische Widerstand der Elektrode ist,
• ob das Material homogen aufgebaut ist,
• ob ein Bindemittel verwendet wurde,
• wie gut die elektrische Kontaktierung funktioniert,
• ob das Selen für eine elektrochemische Bearbeitung geeignet ist.

Eine sehr hohe chemische Reinheit und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit können deshalb gleichzeitig vorliegen. Umgekehrt kann ein weniger reines, dotiertes oder als Verbundwerkstoff ausgeführtes Material deutlich besser leiten.

Eigener Versuch mit hochreinem Selen

Selbst bei sehr hoher Spannung zeigte sich keine erkennbare Selendispersion

Bei eigenen Versuchen mit Selen einer angegebenen Reinheit von 99,999 % zeigte sich im Niedervoltverfahren keine sichtbare Umsetzung. Verwendet wurde ein Generator mit einer Ausgangsspannung von bis zu 60 Volt und einer eingestellten Stromstärke von 20 Milliampere.

Weder mit Reinstwasser noch bei einem orientierenden Versuch mit Leitungswasser entstand eine erkennbare Selendispersion. Auch bei ergänzenden Versuchen mit Spannungen von mehreren Tausend Volt war keine sichtbare Ablösung oder Verteilung des hochreinen Selenmaterials im Wasser festzustellen.

Diese Beobachtung ist bei einem sehr hochohmigen Selenmaterial technisch plausibel. Sie bedeutet nicht zwangsläufig, dass der Generator oder die Elektroden fehlerhaft waren. Vielmehr kann der elektrische Widerstand des Materials beziehungsweise der gesamten Versuchsanordnung so hoch sein, dass trotz hoher anliegender Spannung kein ausreichender Strom durch das Selen fließt und keine erkennbare elektrochemische Umsetzung stattfindet.

Wichtig ist dabei: Eine hohe Spannung allein garantiert keine Materialabgabe. Entscheidend sind unter anderem der tatsächlich fließende Strom, die elektrische Kontaktierung, die Selenstruktur und die Reaktionen an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Wasser.

Die Aussage „keine sichtbare Umsetzung“ bezieht sich auf die Beobachtung während der Versuche. Ob dennoch geringe, mit bloßem Auge nicht erkennbare Selenmengen in das Wasser übergegangen sind, könnte nur durch eine Laboranalyse festgestellt werden.

Warum eingestellte 20 Milliampere nicht automatisch tatsächlich fließen

Sollstrom, Ist-Strom und Spannung richtig unterscheiden

Bei der Kolloidherstellung müssen drei Größen unterschieden werden:

• die eingestellte beziehungsweise begrenzte Stromstärke,
• die tatsächlich fließende Stromstärke,
• die vom Generator bereitgestellte Spannung.

Ein auf 20 mA eingestellter Generator erzwingt nicht unter allen Bedingungen einen Strom von 20 mA. Ist der Gesamtwiderstand aus Elektrode, Kontaktstelle, Wasser und elektrochemischer Grenzfläche zu hoch, kann das Gerät seine maximale Ausgangsspannung erreichen, ohne dass der gewünschte Strom fließt.

Für eine vereinfachte elektrische Betrachtung gilt:

I = U / R

Dabei steht I für die Stromstärke, U für die Spannung und R für den elektrischen Widerstand. Je höher der Gesamtwiderstand bei begrenzter Spannung ist, desto geringer fällt der tatsächlich fließende Strom aus.

Warum entstehen mit manchen Selenelektroden schnell sichtbare Veränderungen?

Leitfähigkeit, Elektrodenaufbau und Reaktionsbedingungen können sich deutlich unterscheiden

Wenn mit anderen, als Selenelektroden angebotenen Materialien bereits nach wenigen Minuten eine deutliche Verfärbung des Wassers entsteht, sind verschiedene Erklärungen möglich:

• Das Selen liegt als besser leitfähige graue, kristalline Form vor.
• Das Material besitzt eine andere Mikrostruktur.
• Das Selen wurde dotiert.
• Die Elektrode enthält ein leitfähiges Bindemittel.
• Es handelt sich um einen selenhaltigen Verbundwerkstoff.
• Kontaktierung oder Elektrodenaufbau unterscheiden sich.
• Es entstehen größere Partikel beziehungsweise Agglomerate.
• Neben elementarem Selen entstehen gelöste Selenverbindungen.
• Andere Bestandteile der Elektrode oder Konstruktion reagieren mit dem Wasser.

Alle diese Möglichkeiten sind zunächst Hypothesen. Die Geschwindigkeit einer sichtbaren Farbveränderung beweist weder die Reinheit der Elektrode noch die Qualität des hergestellten Produkts.

Welche Selenformen können im Wasser vorliegen?

Selen kann in unterschiedlichen Oxidationsstufen vorkommen

Zu den grundsätzlich möglichen Selenformen gehören:

Diese Übersicht zeigt mögliche Oxidationsstufen des Selens. Sie bedeutet jedoch nicht, dass sämtliche genannten Formen unter den Bedingungen einer konkreten Niedervoltherstellung tatsächlich entstehen oder in relevanten Mengen vorliegen. Welche Spezies gebildet werden, lässt sich aus der Tabelle allein nicht ableiten.

Welche Selenformen während einer konkreten elektrochemischen Herstellung entstehen können, hängt unter anderem ab von:

• Elektrodenpotenzial,
• pH-Wert,
• tatsächlicher Stromdichte,
• Wasserzusammensetzung,
• gelöstem Sauerstoff,
• Temperatur,
• Produktionsdauer,
• Polarität und Umpolung,
• Materialstruktur und Partikeloberfläche.

Eine allgemeine Aussage wie „Der Generator erzeugt ausschließlich elementares kolloidales Selen“ wäre deshalb ohne entsprechende Analytik nicht belastbar. Die wässrige Elektrochemie von Selen ist ein komplexes System, in dem grundsätzlich mehrere Oxidationsstufen und Erscheinungsformen berücksichtigt werden müssen.

Was bedeutet eine orange, rote oder braune Färbung?

Die Farbe kann Hinweise geben, ersetzt aber keine Analyse

Fein verteiltes elementares Selen kann – abhängig von Struktur, Teilchengröße und Zusammenlagerung – orange, rot oder rotbraun erscheinen. Die verschiedenen Erscheinungsformen von elementarem Selen unterscheiden sich teilweise deutlich in ihrer Farbe und Struktur. Übersicht zur Allotropie von Selenpartikeln

Aus der Farbe allein lässt sich jedoch nicht bestimmen:

• wie viel Selen enthalten ist,
• ob das Selen elementar oder oxidiert vorliegt,
• wie groß die Partikel sind,
• ob die Dispersion stabil ist,
• ob Fremdstoffe enthalten sind,
• ob die Flüssigkeit für einen bestimmten Zweck geeignet ist.

Eine besonders dunkle Flüssigkeit muss daher nicht besonders hochwertig oder konzentriert sein. Sie kann ebenso auf größere Partikel, Agglomeration, Sedimentation oder andere Bestandteile hindeuten.

Warum „braun“ nicht automatisch „kolloidal“ bedeutet

Eine sichtbare Färbung beweist weder Partikelgröße noch Zusammensetzung

Eine kolloidale Dispersion ist ein System, in dem fein verteilte Teilchen in einem Dispersionsmedium vorliegen. Eine sichtbare Färbung beweist diesen Zustand nicht.

Auch folgende Erscheinungen können eine Flüssigkeit färben:

• größere Schwebstoffe,
• ausgefallenes Material,
• gelöste farbige Verbindungen,
• oxidierte Elektrodenbestandteile,
• Fremdmetalle,
• Reaktionsprodukte aus Wasserverunreinigungen.

Die Bezeichnung „kolloidales Selen“ sollte deshalb nicht allein aus Farbe, Herstellungszeit oder einem rechnerischen ppm-Wert abgeleitet werden.

Welche Analysen wären erforderlich?

Erst die Kombination mehrerer Messverfahren ermöglicht eine fundierte Beurteilung

Eine Selendispersion lässt sich nicht mit einer einzigen Messung vollständig charakterisieren. Abhängig von der jeweiligen Fragestellung sind unterschiedliche Untersuchungsverfahren und eine geeignete Probenvorbereitung erforderlich.

Gesamt-Selengehalt
ICP-MS oder ICP-OES können nach einer geeigneten Probenvorbereitung beziehungsweise einem geeigneten Aufschluss bestimmen, wie viel Selen insgesamt in der untersuchten Probe enthalten ist. Eine gewöhnliche Gesamtanalyse unterscheidet jedoch zunächst nicht zwischen gelösten Selenverbindungen und elementaren Selenpartikeln.

Selen-Speziation
Mit IC-ICP-MS oder HPLC-ICP-MS können verschiedene gelöste Selenformen voneinander unterschieden werden. Gerade bei Selen ist diese Speziation wichtig, weil elementares Selen, Selenit und Selenat unterschiedliche chemische Eigenschaften besitzen. Die jeweils geeignete Methode und Probenvorbereitung müssen an die konkrete Fragestellung angepasst werden.

Partikelanalyse
DLS, Elektronenmikroskopie oder gegebenenfalls Single-Particle-ICP-MS können Hinweise auf Partikelgröße, Größenverteilung und Partikelkonzentration geben. Eine DLS-Messung allein weist jedoch nicht nach, dass die erfassten Partikel tatsächlich aus Selen bestehen. Für die stoffliche Zuordnung sind ergänzende elementspezifische oder mikroskopische Verfahren erforderlich.

Stabilitätsprüfung
Das Zetapotenzial kann zur Beurteilung der elektrostatischen Stabilität einer Dispersion beitragen. Zusätzlich sollten Sedimentation, Agglomeration und mögliche Veränderungen während der Lagerung untersucht werden. Auch das Zetapotenzial allein liefert keinen vollständigen Stabilitätsnachweis.

Elektrodenanalyse
Eine Materialanalyse, beispielsweise mittels RFA oder REM-EDX, kann Hinweise darauf geben, ob die Elektrode tatsächlich aus dem angegebenen Material besteht oder weitere Bestandteile enthält. Für eine belastbare Reinheitsangabe ist zusätzlich ein chargenbezogenes Analysenzertifikat hilfreich.

Multielement-Screening
Die Flüssigkeit sollte nicht ausschließlich auf Selen untersucht werden. Auch mögliche Fremdelemente aus Elektroden, Halterungen, Kontaktstellen oder anderen Bauteilen sollten berücksichtigt werden.

Erst die Kombination geeigneter Untersuchungen kann zeigen, wie viel Selen enthalten ist, in welchen Formen es vorliegt, ob tatsächlich eine partikuläre Dispersion entstanden ist und ob weitere Bestandteile vorhanden sind.

Warum ein errechneter ppm-Wert nicht ausreicht

Berechnete Konzentration und analytischer Messwert sind nicht dasselbe

Bei Generatoren wird die erwartete Konzentration häufig aus Strom, Zeit und weiteren Parametern berechnet. Eine solche Berechnung kann als technische Orientierung dienen, ersetzt aber keine analytische Messung.

Gerade bei Selen können Abweichungen entstehen, weil:

• der Sollstrom nicht dem Ist-Strom entspricht,
• nicht jedes umgesetzte Selen als gewünschter Partikel vorliegt,
• gelöste und partikuläre Formen nebeneinander auftreten,
• Material an Elektroden oder Gefäßflächen verbleibt,
• Agglomerate ausfallen oder beim Filtern zurückgehalten werden,
• Nebenreaktionen einen Teil des Stroms verbrauchen.

„10 ppm eingestellt“ und „10 mg Selen pro Liter analytisch nachgewiesen“ sind deshalb nicht automatisch dasselbe.

Warum Leitungswasser und Zusätze keine Lösung sind

Eine höhere Leitfähigkeit führt nicht automatisch zu einem besser definierten Produkt

Wenn mit hochreinem Selen in Reinstwasser kein ausreichender Strom fließt, sollte die Leitfähigkeit nicht einfach mit Leitungswasser, Kochsalz oder anderen Zusätzen erhöht werden.

Leitungswasser enthält regional unterschiedliche Mengen an:

• Chlorid,
• Hydrogencarbonat,
• Calcium und Magnesium,
• Sulfat,
• gelösten organischen Stoffen,
• Spuren verschiedener Metalle.

Diese Bestandteile verändern die elektrochemischen Bedingungen und können zusätzliche Reaktionsprodukte ermöglichen. Das Ergebnis wäre noch schwieriger zu charakterisieren.

Eine schnellere Reaktion oder stärkere Färbung bedeutet daher nicht automatisch eine bessere Selendispersion.

Größere Verzehrmengen sind besonders kritisch

Bei Selen liegen notwendige Versorgung und mögliche Überversorgung vergleichsweise nah beieinander

Selen ist ein essenzielles Spurenelement, das der Körper nur in kleinen Mengen benötigt. Eine zusätzliche Aufnahme oberhalb des Bedarfs ist nicht automatisch vorteilhaft.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit hat für Erwachsene einen Tolerable Upper Intake Level von 255 µg Selen pro Tag festgelegt. Dabei handelt es sich um die tolerierbare langfristige Gesamtzufuhr aus allen Nahrungsquellen. Der Wert gilt nicht als Verzehrempfehlung oder anzustrebender Zielwert. EFSA: Upper Intake Level for Selenium

DDas Bundesinstitut für Risikobewertung schlägt für Nahrungsergänzungsmittel eine Höchstmenge von 40 µg Selen je Tagesverzehrempfehlung eines Produkts vor. Dabei handelt es sich um einen fachlichen Höchstmengenvorschlag und nicht um eine Dosierungsanweisung für selbst hergestellte Selendispersionen. BfR: Höchstmengenvorschläge für Selen

Pauschale Empfehlungen, täglich 500 ml oder mehr einer nicht analysierten Selendispersion zu trinken, lassen sich vor diesem Hintergrund nicht seriös beurteilen.

Welche Beschwerden kann eine überhöhte Selenaufnahme verursachen?

Wenn aus einem essenziellen Spurenelement ein gesundheitliches Risiko werden kann

Eine längerfristig überhöhte Aufnahme kann zu einer Selenose führen. Zu den beschriebenen möglichen Anzeichen gehören:

• knoblauchartiger Atemgeruch,
• metallischer Geschmack,
• Übelkeit und Durchfall,
• Müdigkeit und Reizbarkeit,
• Hautveränderungen,
• Haarausfall,
• brüchige oder veränderte Nägel,
• neurologische Beschwerden.

Sehr hohe Aufnahmen können schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben. Bei einem konkreten Verdacht auf eine überhöhte Aufnahme sollten die betreffende Flüssigkeit nicht weiter verwendet und ärztlicher beziehungsweise toxikologischer Rat eingeholt werden.

Für wen ist die Selenherstellung nicht geeignet?

Ohne Erfahrung und Analytik ist eine verlässliche Beurteilung kaum möglich

Von eigenen Herstellungsversuchen ist insbesondere abzuraten, wenn:

• keine Erfahrung mit elektrochemischen Verfahren vorhanden ist,
• Sollstrom und tatsächlich fließender Ist-Strom nicht unterschieden werden können,
• kein zuverlässig geeignetes Reinstwasser verwendet wird,
• Zusammensetzung und Materialstruktur der Elektroden nicht dokumentiert sind,
• Leitungswasser, Kochsalz oder andere Zusätze zur Erhöhung der Leitfähigkeit verwendet werden,
• allein aus der Farbe auf Konzentration oder Qualität geschlossen wird,
• keine Möglichkeit zur geeigneten analytischen Überprüfung besteht,
• das Ergebnis zum Verzehr vorgesehen ist oder in größeren Mengen aufgenommen werden soll.

Warum Selen kein Einsteigerprojekt ist

Selen stellt höhere Anforderungen als viele klassische Elektrodenmaterialien:

1. Seine elektrische Leitfähigkeit hängt stark von der strukturellen Form ab.
2. Chemische Reinheit bedeutet nicht automatisch elektrochemische Eignung.
3. Der eingestellte Strom kann erheblich vom tatsächlichen Strom abweichen.
4. Im Wasser können unterschiedliche Selenformen nebeneinander entstehen.
5. Eine sichtbare Färbung ist kein Qualitätsnachweis.
6. Ein berechneter ppm-Wert ersetzt keine Laboranalyse.
7. Fehler bei Zusammensetzung und Mengenbewertung können gesundheitlich relevant sein.

Fazit

Bei Selen zählen Messwerte und Analytik – nicht Farbe oder Herstellungsdauer

Kolloidales Selen lässt sich nicht nach demselben einfachen Schema beurteilen wie kolloidales Silber. Das in unseren Versuchen verwendete hochreine Selenmaterial zeigte im Niedervoltverfahren keine sichtbare Umsetzung. Andere als Selenelektroden angebotene Materialien können dagegen schnell sichtbare Veränderungen erzeugen – ohne dass damit geklärt wäre, welche Stoffe und Selenformen tatsächlich entstanden sind.

Weder die Farbe noch die Herstellungsdauer oder eine errechnete ppm-Angabe beweisen die Reinheit, Partikelgröße, Stabilität, stoffliche Zusammensetzung oder gesundheitliche Unbedenklichkeit einer Selendispersion.

Selen ist deshalb kein geeignetes Einsteigerprojekt. Wer sich mit seiner elektrochemischen Bearbeitung beschäftigt, sollte den tatsächlichen Stromfluss kontrollieren, die Materialeigenschaften und Zusammensetzung der Elektroden kennen und das Ergebnis mit geeigneten Verfahren analytisch untersuchen lassen. Von einem Verzehr nicht analysierter, selbst hergestellter Selendispersionen – insbesondere in größeren Mengen – ist abzuraten.

Dieser Beitrag dient der technischen und allgemeinen Information. Er ist keine Herstellungs-, Verzehr- oder Dosierungsanweisung und ersetzt keine medizinische, toxikologische oder rechtliche Beratung.