TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 10, Octobe r 20 14, pp. 7191  ~ 719 5   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.551 7          7191     Re cei v ed  De cem ber 2 8 , 2013; Re vi sed  Jul y  3, 2014;  Acce pted Jul y  28, 201 4   The interaction of Aliza r in Red with Try p tophan by  Voltammetry           Yu Zhuan-Ni 1,2 , Wang Qiang 2   1 Colle ge of Ch emistr y  a nd C h emical E ngi ne erin g, Ocean U n iversit y  of Ch i na,    Qingda o, 266 109, PR Ch in a   2 Colle ge of ch e m istr y  an d ph a rmaceutic al sci ence, Qing da o Agricult ure Un i v ersit y ,   Qingd ao, 26 61 00, PR Chi n a      Correspo n d i n g  author, e-ma i l : tsingtao- w q @16 3 .com       A b st r a ct  T he inter a ctio n of Ali z a r in  Red (AR) w i t h  T r yptoph an  (T rp) w a s investigate d  by fi rst order   deriv ative  lin e a r sw eep  volt ammetry. In  pH5.2  Na Ac- H Ac b u ffer s o luti on, AR  h ad  a w e ll- defi n e d   volta m metric r eductiv e  p eak  at -0.3 92V(vs . SCE).Afte r T r p a dditi on, th e  pe ak curr ent  of AR  decre as e d   app arently w i t h  no ch an ge o f  the  peak p o tentia l an d no  app eara n ce  of  new  peaks. T he study a b o u t th e   effect of scan r a te on  pe ak cu rrent show ed t hat a n e w   elec tro-inactiv e  co mp lex w a s for m e d  as  a res u l t  of   interacti on of A R  w i th T r p, w h ich decr ease d  t he p eak  curr en t. Based on t h e formatio n  of  AR-T rp co mpl e x,  the con d iti ons  of interacti on  a nd t he  el ectroc he mic a l d e tecti on w e re car e fu lly inv e stig ated  and th e bi nd in ratio w a s obt ai ned  by  mol e  ra tio metho d . F i n a lly th e ch arac ter of the e l ect r ode  process  w a s discusse d  by   the effect of sc an rates on  A R -Trp interaction system   Ke y w ords Ali z a r in R ed, T r yptoph an, li near  sw eep volta m metry, inter a cti o n     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Tryptoph an, whi c h is al so  calle d amino  indole p r opio n ic a c id, is a kind of natu r al amino  ac id and one of the human ess ential amino  ac ids .It is  the  prec ursor  of the  k e y human  neurotra nsmit t er 5 - hydroxytry ptophane   and ha a   ce rtain se d a tive  effect su ch as sle e p   inhibition, te mperature  re gulation, pain  sen s itiv ity and aggressive  behavio r [1, 2], etc. Up to now,  the stu d y on  t he inte ra ction  of tryptop h a n  an d ot h e r substa nces ha s b een  p r o c e eding  mo stly  by  ultraviolet sp ectro s copy or fluoresce nce  spect r o s cop y  [3-5], which  is seldom p r oce edin g  by the  electrochemi c al metho d . And elect r o c hemically  act i ve dyes are  used a s  probe s not onl y to   investigate  th e interactio mech ani sm  b e twee n el ectro-a c tive sub s tance s   and  a m ino a c id by  the ele c tro c h e mical  meth o d  but  also to  potentially  d e velop  a n e w ele c troa nalytical m e thod  f o amino  acid  d e tection [6,  7]. In this pa pe r, an el ect r o-active dye Ali z ari n   Red  (A R)  wa sele ct ed  as a p r ob e to investigate  its intera ction  with  Trp by l i near  sweep  voltammetry. In the sele cted  pH5.2  NaA c -HAc  buffer  solution, the  AR mole cul e s a r e n egati v ely cha r ged , while the   Trp  molecule s (isoele c tric p o in t, pI=5.89) are mainly  posi t ively charge d, so they ca n bind togeth e by their ele c trostatic attra c t i on. Th stud y about  the  effect of  scan  rate on  pe ak  current in dicated  that the inte raction  of AR  with T r co ul d form   an  ele c tro - ina c tive  compl e x, whi c de cre a sed  the  redu ctive pe ak current.Base d  on the  formation  o f  the AR-Trp  complex, the con d itions of  intera ction  an d the  ele c tro c hemi c al  d e tection  were  carefully i n vestigated a n d  the bi ndin g   ra tio  wa s obtaine d  by mole ratio method. In addition,  the characte r of the electro d e  pro c e ss  was  discu s sed.       2. Materials  and Method 2.1. Reage n ts  Tryptoph an (Trp, che m   b a se )sto ck sta ndard solutio n   (0.2 04m g/ml) wa p r e pare d   by   dissolving  0. 0408 g T r p i n  200 ml  water. The  sol u tio n   was dilute d to  co nveni ent con c ent ration   with wate r properly in the  experim ent. Alizari n  Red  (AR, Sinopha rm Chemi c al  Rea gent Co.,Ltd)   stock stand ard  sol u tion (0. 3605m g/ml) wa p r ep are d   by dissolving  0.0721 g AR  in 200 ml water.  0.2   mol/l HAc-NaA c  b u ffer  solutio n  wa use d  to re gul ate pH valu of the intera ct ion medi um. All  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  719 1  – 7195   7192 the ch emi c al s u s ed  were  of analytical  rea gent  g r a de with out fu rther pu rificat i on an d d o u b ly  dis t illed  water was  us ed for mak i ng  s o lutions  [8].    2.2. Appar a tus   A model JP -3 03 pola r og ra phic a nalyzer (Ch eng du Apparatus F a ctory, China )   wa s used   in this wo rk.  Voltammetri c  curve s  were  record ed in  a three - ele c trode ele c tro c hemical cell  at  different tem peratu r e. A drop ping me rcu r y el ect r o de (DME ) a s  wo rki ng el ectro de, a SCE  referen c e el e c trod e an d a  platinum -wi r e  auxiliary el e c trode  we re u s ed. All the values  of pH  we re  measured wit h  a pHS-25 a c idity meter (Shangh ai Lei ci Instrument  Facto r y, Chin a)    2.3. Procedu r 4.0ml of 0.2 m ol/l pH5.2  HAc-NaAc b u ffe r sol u tion , 1ml of 0.3605mg/ml A R  and  an  approp riate a m ount of  sta ndard T r so lution were  p l ace d  in  a d r y 10ml  colo ri metric tube i n   seq uen ce.Th e  mixture s   were  diluted to  scale  wi th  water an d sh ook  well, th e n  the first o r der  derivative  lin ear swee p voltammetric  pea k curre n ts( ) were recorded in t he following  con d ition s : p o tential sca n  rate,900 mv/s; potentia range, -0.2~-0.7V(vs.SCE ) .A blank  solu tio n   without T r were me asured in th sa me c onditio n s  a nd its re d u ctive pe ak  curre n t( 0 ) wa obtaine d,and  then the difference of pea k curre n t( 0 )wa s  cal c ulate d      3. Results a nd Discu ssi ons   3.1. Electroc h emical Beh a v i ors of AR in the Abse nce and Pre sence o f  Trp   At the optimized  experi m ental condi tions, t he first ord e r d e rivative linear swe ep  voltammogra m s of AR in the ab sen c e ( curve 1) a nd p r esen ce (curv e  2)of Trp  we re re co rde d  a n d   sho w n in Fig u re 1. After Trp wa s ad ded , the r eductiv e  pea k cu rre nt of  AR decreased app are n tly  with no chan ge of the red u ctive  pea k p o tential and n o  appe ara n ce  of new pea ks in the sel e cted  potential  ran ge. As fo r t he rea s on, t here  maybe  two p o ssibl e  differe nt o p inion s : (1)  The   decrea s e of  diffusion  coef ficient after the additio n   o f  Trp; (2) Th e formation o f  electro - ina c t i ve   compl e x an d  no  cha nge s of diffusio n   coeffici ent. T hen the  diffu sion  co efficie n ts of A R  in  the   absen ce an d  pre s en ce  of Trp  were co mpared.Fr om  Figure 4, it coul d be  see n  that no ma tter   w h e t he r  T r p w a s   pr es e n t  o r   no t,   increased linearly  with  v 1/2  incre a sin g  at hi gh er  scan  rate s.  The equ ation s  we re a s  follows:    =12 528 v 1/2_ 3953.0(n=6,R 2 = 0 .9 99 5 )  an =118 39 v 1/2_ 3623.8(n=6,R 2 =0.99 97)      1) pH5.2HA c -NaAc  0.0 3 6 05mg/ml AR,  2) 1 0.00 204 mg/ml Trp     Figure 1. First Order  De rivative Linear S w ee Voltam mograms of  AR-T rp Intera ction System       Acco rdi ng to  the gene ral  prin cipal of  electr ochemi c al rea c tion,the slo pe ite m  of the  linear eq uatio n of  ~ v 1/2  con t ains th e diff usio coeffici ent facto r , an d the  si ze of  the sl ope i s   0. 2 0 . 4 0. 6 2 1 0. 5 μ A - E /V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The interactio n of Alizarin  Red  with Tryptopha n by V o ltam m e try (Yu Zhuan -Ni )   7193 related  to the  diffusio n   co efficient in  th e case of  oth e r exp e rim e n t al co ndition s un cha nge d [ 9 - 11]. By comp aring th e slo pes  of the lin ear e quatio n in the ab sen c e and p r e s en ce of Trp, so  it  coul d b e  fou nd that th diffusion  coe fficient was  essentially th e same. A c cording  to t he  statement  of  Kelly [12], it  might  be  th at AR  i n tera cting  with  Trp form ed  a  compl e x of l a rge  molecula r we ight, whi c couldn't  be  re duced o n  the  Hg  ele c trod e su rfa c e, an d the e quilib rium  con c e n tration  of free AR i n  solutio n  de creased,so  the  pea k current  decrea s e d  ob viously with t h e   pea k potenti a l unch ang e d . In addition, the fact  tha t  the difference of pea k current decre a s ed  linearly with  t he  in crea se o f   Trp co ncent ration also  ex plaine d p r etty well  that the   formed  AR-Trp   compl e x wa s electro-i n a c tive.    3.2. Optimization of Inter action  Condi tions   3.2.1. Effec t s  of Buffer s a nd pH  In orde r to investigate the  effect of vari ous b u ffers o n  the intera ction between  AR and   Trp.B-R, Tri s -HCl, bo rax,  NH 3 -N H 4 Cl, HA c-NaA c   were te sted   respe c tively, and th re sults   indicated that  in HAc-NaA c  buffer th pea k shap e wa s go od an d the value  of    wa s the   maximum. Th e experi m ent s indi cate d th at the buffer  pH h ad g r eat  influen ce o n   the de cre a se  of  pea k cu rrent. As sh own in Figu re 2, the maximum   appe are d  at  pH 5.2,so p H 5.2  wa sele cted  a s  t he o p timal p H . In a dditio n , with th e i n crea se  of p H  valu e, the  re du ctive p eak  potential  shif ted ne gativel y, which in di cated  t hat t he hyd r og en  ion s   were i n volved in  the   electrode  re a c tion. Th e op timal volume  of HAc-Na Ac buffer at p H   5.2 wa s e s ti mated an d 4. 0ml  of buffer wa use d  in the following  experi m ents.       Figure 2. Dep ende nces o n  the De cre a se  of  Peak Cu rrent Against p H  (0.03 605 m g /ml  AR 0.002 04 mg/ml Trp )       3.2.2. Effec t  of AR Con c e n tra t ion   The effect of AR con c ent ration was  studied  with 0. 0020 4mg/ml Trp, and it could be   found th at th e con c entration of A R  at  0.036 05mg/ ml gave th e  maximum  . Wh en A R   con c e n tration  wa s m o re th an 0.0 360 5m g/ml, the    began to  de cre a se.So  0.036 05mg/ml  of  AR wa s re co mmend ed in  sub s e que nt studies.     3.2.3. Stability  The expe rim ents sho w ed  that   reached  the maximum immediatel y after mixture at  room tem perature a nd re mained  stabl e for at le a s t one hou r. T he influen ce  of temperatu r e on   the system was al so estim a ted  at 10°C,  room tempe r ature an d 35° C, sep a rately  and no obvio us  differen c wa s fou nd. Diffe rent a ddin g  o r de rs  of AR,T rp a nd  HAc-NaAc buffe were te sted  a nd  the results  sh owe d  that the best additio n  s equ en ce was HA c-NaA c  buffer, AR and Trp.     3.3. The Bin d ing Ratio o f  AR and Tr p   By keepin g  t he Trp con c entration  of  1.0×1 0 -4 mol/l con s tant a n d  ch angi ng t he AR   con c e n tration  [13], the rel a tionship b e twee  and  AR con c entration was  ob tained a n d   3. 5 4 . 0 4. 5 5 . 0 5. 5 6 . 0 0 100 200 300 400 500 600 I Р (nA ) pH Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  719 1  – 7195   7194 sho w n  in Fi gure  3. In  the figu re,ab  and  b c   se gments inte rse c ted i n  th e b  point,  whose  corre s p ondin g  ho rizontal  coo r din a te v a lue  wa used to  cal c ul a t e the bi ndin g  ratio,  and   the  bindin g  ratio  of AR and Trp wa s 2:3.                            Figure 3. Rel a tionship bet wee n  AR and  Trp       3.4. Effec t  of Scan Ra tes  on the Electr ode Proce s s   The sca n  rat e s h ad imp o rtant effect on  the elect r od e pro c e s s.Th e relatio n ship  betwee n   v 1/2  and   of AR in the abse n ce (cu r ve1 )  and presen ce  (cu r ve2) of T r p we re sho w n in Figure 4.  It could be  seen that no  matter wh eth e r Trp wa p r esent or n o t, the relation ship between     and  v 1/2  devia ted from a straight line and  curved u p wa rd at lowe r scan rate s,whi c h indicate d that  the elect r od e  pro c e ss  wa s mainly  con t rolled  by ad sorption;an whe n  the scan rate were  highe r,  wa s in linear relati on with  v 1/2 , whi c h showe d  that the el ectrod e proce ss  wa s mainly  driven by diffusio n  [14].      1) pH5.2HA c -NaAc  0.0 3 6 05mg/ml AR,  2) 1 0.00 204 mg/ml Trp     Figure 4. Dep ende nces of  on Potential Scan Rates      The effect o f  scan rates on the pea k potent ial o f  A R -Trp int e ra ct ion sy st em wa investigate d . As mentio ne d above, the  redu ctive p e a k  pote n tial be fore an d after the additio n   of  Trp  wa s the  same i n  e a ch  of the  sel e cte d  sca n   rate.  Whe n  the   scan  rate we re  lower, th pe ak  potential ba si cally had  no  cha nge s, which  wa in  good a g reem ent with the  cha r a c ter  of the  reversibl e  re action; an d when the  scan  rates  we re h i gher, the  red u ctive pea k p o tential shifte d   negatively fro m  -0.3 80 to  -0.392V  (vs.S C E)  with th e i n crea se  of scan rate in  the  scan  rate  ra nge  of 0.4~0.9V/s, which in dica ted that t he electro de p r o c e ss  wa s irreve rsibl e   24 68 1 0 1 2 1 4 1 6 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 c a b I Р ’( nA ) C AR S (1 0 -5 mo l / L ) 0. 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0. 7 0 . 8 0. 9 1 . 0 0 20 00 40 00 60 00 80 00 10 00 0 12 00 0 2 1 I p (nA ) v 1/ 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The interactio n of Alizarin  Red  with Tryptopha n by V o ltam m e try (Yu Zhuan -Ni )   7195 4. Conclusio n   The inve stiga t ion on the in teractio n of AR with T r was d e scri bed  by voltammetry. Due   to  the  alm o st unchan ged di ffusion co efficient  after  Trp   addition, th bindin g  of p o s itively ch arg e d   Trp  with  neg atively cha r g ed A R  resulted in  the  formation  of a  new ele c tro - i nactive  co mp lex,  whi c h d e crea sed th e re du ctive peak  cu rrent. Based  o n  the form atio n of the AR-T rp compl e x, the   con d ition s  of  intera ction a n d  the ele c tro c hemi c al det ection we re carefully  inve stigated  an the   bindin g  ratio  wa s obtain e d  by mole ratio  method.  Fin a lly, the character  of the electro de p r o c ess   wa s discu s se d by the effect of scan  r a t e s on A R -Tr p  int e ra ct ion sy st em.       Referen ces   [1]  Song W X , W a ng RM. Stu d y  on L-tr ypt oph an.  Aca d e m ic  peri odic a of F a rm Pr od ucts Processi ng 200 5; 6(3): 18- 20.   [2]  Che n T G , Xu  SQ, Z hu XS, Jiang J. D e terminati on  of L-T r y p to ph an i n  Grain b y   β -Cy c l o dex trin  Sensitiz ed F l u o resce nce Q u ench i ng  Meth o d .  Jour nal  of I n strumenta l  A nalysis .   20 09; 28(9): 106 2- 106 5.  [3]  W ang J, Ch en N, Xu YG, Ya ng HJ, Z h a ng  KX. Quick  D e t e rminati on  of L-T r yptoph an i n  F e rmente d   Broth .  F ood an d F e rme n tatio n  Industries.  20 04; 30(2): 1 23- 125.   [4]  RenJY, Z h a o  MM, W ang JS, Cui C, Ya ng  B. No vel Meth od for Spectr o photom etric D e termin a tion  of   T r y p to pha n in  Protein H y d r ol ysat es.  F ood Scienc e.  200 6; 27(12): 59 1-5 9 3 .   [5]  Mohamm ad M A , Ro ya M, Mohamma d HM, Parvan ah R,  M ohamm ad AK. Electrocata l y t ic  oxi dati on of   h y draz ine  w i t h  alizari n  red S  as a homo g e nous me diat or  on the gl ass y  carbon e l ectr ode.  Science  Chin a-C h e m ist r y.  2010; 5; 11 94-1 201.   [6]  Güney  S, Y ı ld ı z G. Determin a tion  of tr yptop han  usi ng  elec trode mo difi ed  w i t h  p o l y  ( 9 -a mino acrid i n e )   function aliz ed  multi- w a lle d ca rbon n a n o tube s.  Electrochi mi ca Acta . 2011;  57: 290- 29 6.  [7]  Hua ng R,  Xi on g W ,  W ang D, Guo L, Lin Z ,  Yu  L, Chu K,  Qiu B, Chen G .  Labe l-free a p t amer-bas e d   partia l  fillin g techn i qu e for ena ntios epar ation a nd  deter minati on of d l -tr y pto p h an  w i th micell a r   electrok inetic c h romato grap h y Electrophor es is . 2013; 3 4 (2):  254-2 59.   [8]  Hui   N, Ni XL, Han  JY, Su n W, Jiao K    Voltamme tric  i n vestig atio n o n  inter a ctio n o f  protein   w i th   chromotro pe 2 R  and its an al ytical ap plic atio n . Am ino Acids .  2010; 38: 71 1 - 719.   [9]  Li H, Jian X, W ang L, Ye B H , Ji LN. Electrochem ic al Stu d ies o n  the Int e ractio ns of the Comp le x o f   Co(p hen) 2 TA T P 3+   w i th  DN at Rotati ng  Au -Au El ectrod e.  Ch e m ica l  J o u r nal  of C h i nes e U n ivers i ties .   200 0; 21(7): 99 5-99 8.  [10]  Othman, Shan gha o Li, Rog e r  M. Leblanc En hanc ing se lecti v it y  in sp ectrofl uorimetric d e te rminatio n of   tr y p to pha n b y   usin g grap he n e  o x id e na nosh eets.  Analytica  Chi m ic a Acta.  201 3; 787: 22 6 - 232.   [11]  Z hao GC, Z h u  JJ, Chen  HY . Studies o n   Electr och e mic a ll y In duce d  D N A Cle ava ge  b y  Imi daz ol e   Cop per Com p l e x.  C h e m ic al J ourn a l of Chi n e s e Univ ersities.  2003; 2 4 (3): 4 14-4 18.   [12]  Kell y JM, L y o n s MEG, Van der Putten  W J M. Ed s.: S m y t h MR, Vos JG. Analy t ical Chemistr y ,   S y mp osi u m Se ries, Vol.25, El ectrochem istr y ,  Sens ors an Anal ys is. Amoterdam: Elsev i e r . 1986: 20 5.  [13]  Hui N, W a n g  J S , W e i XP, Su n W .  Determin a tion  of Huma n Serum Al bu min (HSA)  w i t h  Z n (II)-Phen b y   L i ne a r  S w eep   Po l a rg ra phy J ourn a of Qing dao  Agric u ltura l  Un iversity ( N atural Sc ie nce) .2009; 26(4) :   352- 355.   [14]  Niu  SY, Z h a n g  SS,Ma L B ,Jia o K.Electroc he mical  Studi es  on th e Inter a cti on  bet w e en  Al i z arin  Re S   and D e o x yri b o nucl e ic Acid. C h in ese Jo urna l of Analytica l  C h e m istry .20 04. 32(9):1 23 4-12 36.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.