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Ratiometric Fluorescence Detection Method for Calcium Ions and Manganese Ions Based on MXenes Quantum Dots
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 9, Pages: 1889-1899(2025)
- 作者机构：
1.广州大学 化学化工学院，广东 广州 510006
2.中山大学 化学工程与技术学院，广东 珠海 519082
- 作者简介：
RONG Ming-cong，Ph.D.，Associate professor，Research interests：visual fluorescent sensing，E-mail：rongmc@gzhu.edu.cn
NIU Li，Ph.D.，Professor，Research interests：materials electrochemistry，photoelectrochemical sensing，flexible materials and devices，analytical instruments，E-mail：niuli@mail.sysu.edu.cn,lniu@gzhu.edu.cn
- 基金信息：
DOI：10.12452/j.fxcsxb.25061101
CLC： O613.7Received：11 June 2025，
Revised：2025-07-13，
Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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黄薇,钟双羽,李畅,林春晓,荣铭聪,牛利.基于MXenes量子点的钙离子、锰离子比率荧光检测方法[J].分析测试学报,2025,44(09):1889-1899.
HUANG Wei,ZHONG Shuang-yu,LI Chang,LIN Chun-xiao,RONG Ming-cong,NIU Li.Ratiometric Fluorescence Detection Method for Calcium Ions and Manganese Ions Based on MXenes Quantum Dots[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1889-1899.
黄薇,钟双羽,李畅,林春晓,荣铭聪,牛利.基于MXenes量子点的钙离子、锰离子比率荧光检测方法[J].分析测试学报,2025,44(09):1889-1899. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25061101.
HUANG Wei,ZHONG Shuang-yu,LI Chang,LIN Chun-xiao,RONG Ming-cong,NIU Li.Ratiometric Fluorescence Detection Method for Calcium Ions and Manganese Ions Based on MXenes Quantum Dots[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1889-1899. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25061101.
摘要
钙（Ca
2+
）和锰（Mn
2+
）离子是维持生命活动的必需元素，也是生活饮用水中的重要监控指标，开发高灵敏、高选择性、便携式Ca
2+
和Mn
2+
的检测方法对水质监测和人体健康具有重要意义。该文以Ti
3
C
2
MXene为前驱体制备蓝色荧光Ti
3
C
2
MXene基量子点（MQDs，
λ
em
= 445 nm），通过乙二胺四乙酸（EDTA）的螯合作用，构建蓝色、红色双发射荧光探针MQDs-EDTA-Eu
3+
-DPA。其中，2，6-吡啶二甲酸（DPA）作为吸光配体可通过“天线效应”显著增强Eu
3+
在616 nm处的红色荧光。MQDs的蓝色荧光作为内参比信号，高浓度Ca
2+
可猝灭Eu
3+
-DPA的红色荧光；Mn
2+
与DPA配位后可激发Mn
2+
在380 nm处的紫色荧光，此时以Eu
3+
-DPA的红色荧光作为内参比信号。基于上述两种荧光强度变化，分别建立了对Ca
2+
与Mn
2+
的比率荧光检测法。
I
F616
/
I
F445
与Ca
2+
在35~120 μmol/L呈线性关系，检出限为5.98 μmol/L；
I
F380
/
I
F616
与Mn
2+
在0~14 μmol/L线性良好，检出限为28.6 nmol/L。该方法成功应用于市售矿泉水（农夫山泉、百岁山和恒大冰泉）中Ca
2+
和Mn
2+
的定量分析，加标回收率为80.6%~117%，相对标准偏差（RSD）为0.76%~4.6%。此外，通过制备MQDs基荧光试纸，实现了Ca
2+
和Mn
2+
的可视化检测。该工作表明MQDs在水中离子的可视化荧光传感领域具备应用潜力。
Abstract
Calcium ions（Ca
2+
） and manganese ions（Mn
2+
） are essential for sustain
ing life activities and are key monitoring indicators in drinking water. Developing highly sensitive，selective，and portable detection methods for Ca
2+
and Mn
2+
is significant for water quality monitoring and human health. In this paper，blue fluorescent Ti
3
C
2
MXene-based quantum dots（MQDs，
λ
em
=445 nm） are prepared using Ti
3
C
2
MXene as the precursor. Through the chelation effect of ethylene diamine tetraacetic acid（EDTA），a blue and red dual-emission fluorescent probe，MQDs-EDTA-Eu
3+
-DPA，was constructed. Herein，dipicolinic acid（DPA） acts as an absorbing ligand and significantly enhances the red fluorescence of europium ions（Eu
3+
） at 616 nm through the “antenna effect”. The blue fluorescence of MQDs serves as an internal reference signal. High concentrations of Ca
2+
can quench the red fluorescence of Eu
3+
-DPA；Mn
2+
can be excited to emit purple fluorescence at 380 nm after coordinating with DPA，red fluorescence of Eu
3+
-DPA serves as the internal reference signal. Based on the above two fluorescence intensity changes，ratiometric fluorescence detection methods for Ca
2+
and Mn
2+
are established. The fluorescence intensity ratio（
I
F616
/
I
F445
） exhibits a linear relationship with Ca
2+
in the range of 35-120 μmol/L，with a detection limit of 5.98 μmol/L. The fluorescence intensity ratio（
I
F380
/
I
F616
） shows good linearity with Mn
2+
in the range of 0-14 μmol/L，with a detection limit of 28.6 nmol/L. This method was successfully applied to the quantitative analysis of Ca
2+
and Mn
2+
in commercially available mineral water（Nongfu Spring，Ganten，and Evergrande），with recovery rates of 80.6%-117% and relative standard deviations（RSD） of 0.76%-4.6%. Additionally，by preparing MQD-based fluorescent test strips，
visual detections of Ca
2+
and Mn
2+
are achieved. This work demonstrates the application potential of MQDs in the field of visual fluorescence sensing of ions in water quality.
关键词
Keywords
references
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