칼슘 이온(Ca²⁺)과 망간 이온(Mn²⁺)은 생명 활동을 유지하는 데 필수적인 요소일 뿐만 아니라 생활용수의 중요한 모니터링 지표입니다. 고감도, 고선택성, 휴대 가능한 Ca²⁺ 및 Mn²⁺ 검출 방법을 개발하는 것은 수질 모니터링과 인체 건강에 중요한 의미를 가집니다. 본 논문에서는 Ti₃C₂ MXene을 전구체로 사용하여 청색 형광 Ti₃C₂ MXene 기반 양자점(MQDs, λ_em = 445 nm)을 제조하고, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)의 킬레이트 작용을 통해 청색과 적색 이중 발광 형광 탐침 MQDs-EDTA-Eu³⁺-DPA를 구성하였다. 여기서 2,6-피리딘디카르복실산(DPA)은 빛 흡수 리간드로써 '안테나 효과'를 통해 Eu³⁺의 616 nm 적색 형광을 크게 증강시킨다. MQDs의 청색 형광은 내부 참조 신호로 사용되며, 고농도의 Ca²⁺는 Eu³⁺-DPA의 적색 형광을 소광시킬 수 있다; Mn²⁺는 DPA와 배위한 후 380 nm에서 Mn²⁺의 보라색 형광을 여기시킬 수 있으며, 이때 Eu³⁺-DPA의 적색 형광을 내부 참조 신호로 사용한다. 위 두 형광 강도 변화를 기반으로 Ca²⁺ 및 Mn²⁺에 대한 비율 형광 검출법을 각각 확립하였다. I_F616/I_F445는 35~120 μmol/L 범위에서 Ca²⁺와 선형 관계를 나타내며 검출 한계는 5.98 μmol/L이고, I_F380/I_F616는 0~14 μmol/L 범위에서 Mn²⁺와 우수한 선형성을 보이며 검출 한계는 28.6 nmol/L이다. 본 방법은 시판 중인 미네랄워터(농푸산천, 백세산, 헝다빙천) 중 Ca²⁺와 Mn²⁺의 정량 분석에 성공적으로 적용되었으며, 첨가 회수율은 80.6%~117%, 상대 표준 편차(RSD)는 0.76%~4.6%이다. 또한 MQDs 기반 형광 시험지를 제작하여 Ca²⁺와 Mn²⁺의 가시적 검출을 실현하였다. 본 연구는 MQDs가 수중 이온의 가시적 형광 센싱 분야에서 응용 잠재력이 있음을 보여준다.

칼슘 이온; 망간 이온; 티타늄 카바이드 양자점; 비율 형광 검출; 가시화 센싱