Platin

Platin ist ein seltenes Edelmetall und wird zur Herstellung von Schmuck, Fahrzeugkatalysatoren, Laborgeräten, Zahnimplantaten, Werkstoffen für elektrische Kontakte und auch in der Medizin verwendet. Weil es so selten auf der Erde vorkommt, ist es teurer als Gold. Dagegen sieht es aber nicht außergewöhnlich aus, es hat einen silbernen Farbton.

Wie könnte ich damit in Kontakt kommen?

Darstellung von drei Barren aus Platin

Barren aus Platin © Heimerle+Meule GmbH

Das Tragen von Platinschmuck ist unbedenklich. Platin wird bei der Herstellung von elektrischen Schaltkontakten, Heizleitern oder Thermoelementen verarbeitet. Aufgrund seiner hohen Schmelztemperatur und Korrosionsbeständigkeit wird es zum Bau von medizinischen und technischen Geräten verwendet. Zu einem direkten Kontakt mit freien Platinpartikeln kommt es bei diesen Anwendungen nicht.
60 % des weltweiten Bedarfs an Platin werden für Fahrzeug-Katalysatoren verwendet. Hier können kleinste Mengen aus dem Katalysator in den Abgasstrom gelangen. Auf diesem Weg könnte man daher unbeabsichtigt mit den Teilchen in Kontakt kommen. In der Krebstherapie (Chemotherapie) wird eine bestimmte Platin-Form, das Cis-Platin, verwendet, das auf alle Zellen giftig wirkt.

Wie gefährlich ist das Material für Mensch und Umwelt?

Werden sehr kleine Platinpartikel, z.B. aus einem Auto-Katalysator, freigesetzt und dann eingeatmet, können sie in einem gewissen Umfang von der Lunge über den Blutstrom hin zur Leber wandern. Dort richten sie aber keinen nennenswerten Schaden an. Platin-Nanopartikel sind üblicherweise kaum giftig. Das Krebsmedikament Cis-Platin jedoch zerstört sowohl schnellwachsende Krebszellen als auch gesunde Zellen.

Fazit

Im Alltag besteht für Menschen keine Gefahr, weil der Körper nur im geringen Umfang mit Platin-Nanopartikeln in Kontakt kommt. Auch für die Umwelt sind diese Teilchen ungefährlich.

Nebenbei
  • Platin ist das seltenste Edelmetall und teurer als Gold
  • für den Arbeitsplatz gibt es einen festgelegten Grenzwert (MAK-Wert) für Platin-Verbindungen von 2 µg/m³ pro Tag

Eigenschaften und Anwendungen

Nahaufnahme einer Platine mit verschiedenen elektrischen Kontakten als Anwendungsbeispiel für Platin in der Elektronikindustrie

Elektrische Kontakte © potsawat / Fotolia.com

Platin, ein Edelmetall, ist sehr korrosionsbeständig und wird zur Herstellung von Schmuck, Fahrzeugkatalysatoren, Laborgeräten, Zahnimplantaten und Werkstoffe für elektrische Kontakte verwendet.

Platin in Form von Drähten, Blechen oder Röhren wird zur Herstellung von elektrischen Schaltkontakten, Heizleitern oder Thermoelementen verarbeitet. Aufgrund seiner hohen Schmelztemperatur und Korrosionsbeständigkeit wird es zum Bau von medizinischen und technischen Geräten wie Schalen, Tiegeln, Drähten oder Blechen verwendet. Schmuckplatin, der zweitwichtigste Absatzmarkt für Platin, besteht aus einer Legierung aus 96% Platin und 4% Kupfer, vereinzelt auch 90% Platin und 10% Palladium. Es wird besonders oft für Uhrwerke und Schmuckeinfassungen verwendet. Aber auch in der Medizin findet es Anwendung. In der Krebstherapie wird vor allem Cis-Platin (Diamindichloroplatin; DDP, ein komplexgebundenes Platinatom) verwendet. Wie alle Krebsmedikamente wirkt Cis-Platin auch auf gesunde Zellen giftig.

Es bildet darüber hinaus keine Oxid- oder Sulfidschicht auf der Oberfläche aus, wie sie nach einiger Zeit beispielsweise auf Silberbesteck oder -schmuck zu finden ist.

Platin zeigt aber auch ein widersprüchliches chemisches Verhalten: Einerseits verhält es sich wie ein Edelmetall, ist also durch die meisten einfachen Chemikalien nicht zu zerstören, andererseits ist es in einigen Fällen, z.B. wenn die Platinteilchen sehr kleinteilig vorliegen, hochreaktiv, beispielsweise bei katalytischen Reaktionen. Auch bei hohen Temperaturen zeigt Platin eine ausgezeichnete Beständigkeit.

Es ist daher vor allem für viele industrielle Anwendungen interessant, wobei besonders die Verwendung des Metalls in Form von Nanopartikeln in KFZ-Katalysatoren hervorzuheben ist. Knapp 60% des weltweiten Bedarfs an Platin werden dafür verwendet. Im heute weitverbreiteten 3-Wege Abgas-Katalysator sorgt es dafür, dass Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Stickstoffoxide zu Stickstoff umgewandelt werden. Die katalytische Eigenschaft der Platin-Nanopartikel wird auch für die Salpetersäureherstellung und zahlreiche andere Prozesse eingesetzt. So zum Beispiel in Brennstoffzellen, in denen Nano-Platin als Elektrodenmaterial dient.

Platin ist als nanometergroßes Pulver nicht selbstentzündlich. Auch als fein verteilte Mischung mit Luft (Staub) unter Einwirkung einer Zündquelle ist Platin nicht entzündlich, also besteht keine Möglichkeit einer Staubexplosion.

Vorkommen und Herstellung

Platin, welches in reiner, metallischer Form in der Natur vorkommt, wird heute kaum noch im Bergbau abgebaut, es gibt lediglich noch einige Werke in Südafrika, das mit 150 Tonnen Fördermenge jährlich auch der mit Abstand größte Produzent von Platin ist. Weitere Platinminen findet man in Russland (25 t/Jahr) und Kanada (8 t/Jahr). Die andere große Quelle zur Platingewinnung ist die Buntmetallerzeugung von Kupfer und Nickel, wobei die Platingruppenmetalle (Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium, Ruthenium) als Nebenprodukte anfallen. Da diese fünf Metalle ein sehr ähnliches chemisches Verhalten haben, ist die Trennung der einzelnen Metalle nur mit größerem Aufwand durchführbar. Meistens wird die unterschiedliche Löslichkeit von Platinsalzen in verschiedenen Lösungsmittel verwendet (Solvent-Extraktion). Durch einfaches Erhitzen dieses Produkts entsteht schließlich relativ reines Platin, welches in Form eines nanoskaligen Pulvers oder Platinschwamms anfällt.


Literatur

  1. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, 8. Auflage, Leipzig.
  2. Chen, A et al. (2010), Chem Rev, 110(6): 3767-3804.
  3. Daunderer, M (24.10.2007). Handbuch der Umweltgifte, Ausgabe 6/2006.
  4. Sures, B & Zimmemann, S (2005). Untersuchungen zur Toxizität der Platingruppenelemente Pt, Pd und Rh, Abschlussbericht, FKZ BWR 22012,Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz, Baden-Wuerttemberg (LUBW).

Platin-Nanopartikel in verschiedenen Formen verursachen keine auffälligen Effekte und sind wenig toxisch.

Untersuchungen am lebenden Organismus - in vivo

Studien mit Ratten und Mäusen zeigten keine besonderen Effekte im Vergleich zu Rußpartikeln oder ultrafeinem Staub [1]. Ein sehr kleiner Teil der eingeatmeten Platinpartikel konnte in der Leber nachgewiesen werden, d.h. die sehr kleinen Platinpartikel (18 nm) können in einem gewissen Umfang von der Lunge über den Blutstrom hin zur Leber wandern.

Im Fisch-Embryotest wurden Platin-Partikel deutlich geringer aufgenommen als die vergleichbaren Gold- und Silberpartikel [2]. Die Platinpartikel hatten keinen Effekt auf die Lebensfähigkeit der Fischembryonen, jedoch in hohen Konzentrationen eine Reduktion der Schlüpfrate. Gesundheitliche Einschränkungen bei den Fischembryonen konnten nur in sehr hohen Konzentrationen beobachtet werden.

Literatur

  1. Oberdoerster, G et al. (2000), Res Rep Health Eff Inst,(96): 5-74; disc 75-86.
  2. Asharani, PV et al. (2011), Nanotoxicology, 5(1): 43-54.

 

Untersuchung außerhalb des Körpers – in vitro

Experimente mit Zellkulturen haben selbst bei ultrahoher Konzentration keine akute Toxizität gezeigt [1]. Selbst die Auslösung von Entzündungseffekten war sehr gering. Es wurde spekuliert, dass sich Platinpartikel in wässrigen Suspensionen auflösen könnten (wenn auch nur sehr langsam), daher ist aber auch die Wirkung von gelösten Ionen von Interesse.

Wie aus sehr vielen Studien bekannt, sind gelöste Platingruppenelemente durchaus toxisch, da sie auch mit der DNA der Zellen interagieren können und damit zu Zellschäden führen können. Ein Vergleich verschiedener Platinsalze zeigte, dass gelöstes Platin in einer Konzentration ab 10µmol/L für Lungenzellen kritisch wird [2]. Eine systematische Studie mit verschieden großen Platin-Nanopartikeln hat ergeben, dass diese in die verschiedene Zelltypen in Kultur aufgenommen werden, in diesen keine zytotoxische Wirkung haben, nicht in die Zellkerne gelangen, aber dennoch zu einer statistisch signifikanten Erhöhung von DNA-Strangbrüchen führen (in hohen Konzentrationen) [3]. Die Wirkung auf die DNA ist in dieser Studie klar auf die aus den Partikeln herausgelösten Platin-Ionen zurückzuführen gewesen. Somit bestätigt diese Studie die Ergebnisse, dass die Partikel selbst keine toxische Wirkung haben und nur in sehr hoher Dosierung zu einer Wirkung führen, die aber von gelösten Ionen abhängig ist.

Der Einsatz inerter, also reaktionsträger, Edelmetalle wird vor allem auch für Implantate erforscht. Dabei wurde untersucht, wie Silber, Platin und Mischpartikel auf Zellen wirken und diese Wirkung mit den Vorläufersubstanzen der Metallpartikel (lösliche Salze) verglichen. Während vor allem die Platinsalze sehr giftig waren, sind die Nanopartikel aus der Silber-Platin-Legierung gar nicht toxisch und führten im Versuch sogar zu einem gesteigerten Zellwachstum [4]. Zum Einsatz kamen aber Partikel, die mit einem Protein gemischt wurden und sich dadurch für einen besseren Einsatz z.B. im Mundbereich eignen sollen.

Speziell hergestellte Nanopartikel aus Diamant mit Gold oder Platin wurden als mögliche Wirksubstanzen gegen oxidativen Stress getestet und auch eine solche Wirkung gefunden. Diese Partikel hatten keine negativen Wirkungen auf die Zellen, obwohl sie von diesen aufgenommen wurden [5].


Literatur

  1. Elder, A et al. (2007), Adv Mater, 19(20): 3124-3129.
  2. Schmid, M et al. (2007), Environ Int, 33(3): 385-390.
  3. Gehrke, H et al. (2011), Arch Toxicol, 85(7): 799-812.
  4. Singh, AV et al. (2009), Colloids Surf B Biointerfaces, 69(2): 239-245.
  5. Martin, R et al. (2010), ACS Nano, 4(11): 6957-6965.

Hinsichtlich einer Umweltexposition mit Platin-Nanopartikeln sind derzeit keine Daten vorhanden.

Platin-Nanopartikeln können in den Körper aufgenommen werden, indem sie eingeatmet werden. Sie verhalten sich wie gleich große Partikel aus anderen Materialien bzw. ultrafeiner Staub. Im Vergleich zu toxikologisch bedenklichen Materialien verursachen sie jedoch verhältnismäßig geringe Wirkungen.

Aufnahme über die Lunge - Inhalation

Studien mit Ratten und Mäusen zeigten keine besonderen Effekte im Vergleich zu Rußpartikeln oder ultrafeinem Staub [1]. Ein sehr kleiner Teil der eingeatmeten Platinpartikel konnte in der Leber nachgewiesen werden, d.h. die sehr kleinen Platinpartikel (18nm) können in einem gewissen Umfang von der Lunge über den Blutstrom hin zur Leber wandern.

Literatur

  1. Oberdoerster, G et al. (2000), Res Rep Health Eff Inst,(96): 5-74; disc 75-86.

Insgesamt liegen nur wenige verlässliche Daten zur Aufnahme von Platin-Nanopartikeln und dem Risiko für Umweltorganismen vor.

Es ist bekannt, dass verschiedene Mikroorganismen in der Lage sind, aus Platin-Salzen Nanopartikel herzustellen [1]. Im Rahmen des INOS-Projektes wurde eine geringe Toxizität von Platin-Nanopartikeln gegenüber Kiemenzellen der Regenbogenforelle festgestellt [2]. Allerdings sind die hier verwendeten Platin-Partikel nur unvollständig charakterisiert worden [2]. Insbesondere gab es keine verlässlichen Angaben zur Konzentration und zu Verunreinigungen in den Platin-Partikel-Suspensionen. Eine Exposition mit Platin-Nanopartikeln verlangsamte den Herzschlag von Zebrafisch-Embryonen und verzögerte den Schlupf der Fische aus dem Ei [3]. Das weist auf eine verzögerte Entwicklung der Embryonen hin.

Zusammenfassend sind Platin-Nanopartikel bisher noch nicht umfassend genug untersucht worden, um eine Bewertung ihrer Wirkung auf Umweltorganismen durchführen zu können. Es gibt jedoch erste Hinweise darauf, dass sie negative Effekte auf Organismen hervorrufen könnten.

Literatur

  1. Konishi, Y et al. (2007), J Biotechnol, 128(3): 648-653.
  2. INOS Forschungsberichte (siehe Veröffentlichungen des Projekts INOS)
  3. George, S et al. (2011), ACS Nano, 5(3): 1805-1817.

Die Wirkung von Platin-Nanopartikeln ist kaum untersucht. Organische Platinverbindungen sind als Anti-Tumor-Medikamente im Einsatz.

Verhalten im Körper

Organische Platinverbindungen, vor allem das Cis-Platin, sind als Krebsmedikamente (Zytostatika) im Einsatz. Dabei bindet das komplexierte Platin an die DNA und schädigt damit schnell wachsende Krebszellen, die dann absterben. Allerdings sind auch bei diesem Medikament die Nebenwirkungen beträchtlich, da die Substanz auch nieren- und nerventoxisch ist. Das Cis-Platin ist allerdings nicht partikulär und schon in der Trans-Form weniger wirksam [1].

Literatur

  1. Coluccia, M et al. (2007), Anticancer Agents Med Chem, 7(1): 111-123.

Zum Umweltverhalten von Platin-Nanopartikeln sind derzeit keine Daten vorhanden.

Weitere Materialien


Titandioxid
Carbon Black
Fullerene
Wolframcarbid
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