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Die
Erfindung betrifft ein Gefäß zur Aufgabe von Proben
in eine Analysevorrichtung, insbesondere für die Probenanalyse
mittels der Gaschromatographie (GC) oder der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
(HPLC). Sie bezieht sich ferner auf ein unter Verwendung des vorgenannten
Gefäßes durchführbares Verfahren zur
Probenvorbereitung und -aufgabe für die gaschromatographische
Analyse, das heißt für die Gaschromatographie
als solches beziehungsweise eine mit der Massenspektroskopie gekoppelte
Gaschromatographie (GCMS).
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Für
den Nachweis von Stoffen beziehungsweise die chemische Analyse von
Stoffgemischen werden häufig die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
(HPLC) oder die GC eine eingesetzt. Bei der Gaschromatographie werden
die auf ihre Konzentration zu analysierenden Substanzen zunächst aus
einer diese enthaltenden, häufig in Form einer wässrigen
Lösung vorliegenden Probe extrahiert und beispielsweise
an einem Substrat aufkonzentriert. Mittels eines Injektors, in dem
sich ein in Form eines Glasröhrchens ausgebildeter Liner
befindet, werden die Analyten verdampft und von einem durch den
Injektor geführten Gasstrom eines Trägergases
(mobile Phase) vorzugsweise Helium, Wasserstoff oder Stickstoff
in eine Trennsäule überführt. Bei der
Trennsäule handelt es sich im Allgemeinen um eine mit einem
Trennfilm (stationäre Phase) vorzugsweise aus Polysiloxan
(Siliconöl) oder Polyethylenglycol beschichteten Kapillare
mit einem Durchmesser von 0,10 bis 0,53 mm und einer Länge
von vorzugsweise 10 m bis 120 m aus Quarzglas oder Aluminium. Die von
dem Gasstrom transportierten Analyten passieren die Trennsäule
entsprechend ihrer unterschiedlichen chemischen Beschaffenheit und
Wechselwirkung mit dem Trennfilm mit unterschiedlicher Verzögerung
und werden hierdurch fraktioniert. Anhand der mittels eines geeigneten
Detektors erfassbaren zeitlichen Abfolge von Spitzenwerten der die
Trennsäule passierenden Analyten lässt sich deren
Art beziehungsweise Konzentration bestimmen.
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Im
Zusammenhang mit der chemischen Analyse von Proben zum Nachweis
darin enthaltener Stoffe oder Stoffgemische, so auch bei der Flüssigkeits-
und der Gaschromatographie ist eine fehlerfreie Probenaufgabe eine
wichtige Voraussetzung für eine präzise und reproduzierbare
Bestimmung der Analyten. Bei der GC erfolgt die Probenaufgabe im Allgemeinen
durch die Injektion der zumeist in einem Lösungsmittel
gelösten Probe durch eine Mikroliterspritze. Besondere
Bedeutung kommt dabei dem Liner zu, der gegenüber den Analyten
vollständig inaktiv sein sollte. Doch auch bei inerten
Linern (zum Beispiel Glasröhrchen mit oder ohne Quarzwolle,
deaktiviert) kommt es im Verlauf vieler Analysen zur Verunreinigungen
durch Matrixbestandteile, schwerflüchtige Verbindungen
oder Zersetzungsprodukte. Hierdurch können in nachteiliger
Weise die Ergebnisse nachfolgender Analysevorgänge beeinflusst
werden. Zwar werden aus diesem Grund die Liner auch gewechselt,
jedoch erfordert dies ein manuelles Eingreifen einer Bedienperson,
welches beispielsweise bei einer Vielzahl aufeinander folgender
Analysen von einem Autosampler automatisch entnommener Proben nicht
immer möglich ist. Zwischenzeitlich sind Systeme bekannt
geworden, welche bei der aufeinander folgenden Analyse einer Vielzahl
aus einem Autosampler entnommener Proben einen automatischen Linerwechsel
nach einem beendeten Analysevorgang vornehmen können. Hierdurch
ist es möglich, die Liner außerhalb des Injektors
zu reinigen oder bei Verwendung eines Microvials dieses zu wechseln
und so die nachteilige Verschleppung von Anteilen früherer
Analysen zu vermeiden.
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Um
die Analyten von vorneherein selektiver und ohne die Anwendung von
Lösungsmitteln aufzukonzentrieren sind in den letzten Jahren
spezielle Formen der Festphasenextraktion zum Einsatz gekommen.
Für die Aufkonzentrierung sowohl leicht flüchtiger
und als auch schwerer flüchtiger Analyten aus wässrigen
oder gasförmigen Gemischen wird häufig die SPME
(Solid Phase Mikroextraktion = Festphasen-Mikroextraktion) verwendet.
Nach dem Stand der Technik werden dabei die Analyten an der Außenfläche
einer kurzen, ca. 1 cm langen Glasfaser aufkonzentriert, welche
mit einem Polymer beschichtet ist. Die Glasfaser wird von einem
spritzenähnlichen Halter gehalten und mittels diesem, nach
Beendigung der Aufkonzentrierung, in den Injektor des Chromatographen
eingebracht, indem sie durch ein Septum gestochen wird. Durch die
hohe Temperatur im Injektor werden die an der Faser aufkonzentrierten Analyten
von der Faser gelöst und danach die Faser aus dem Injektor
entfernt.
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Eine
etwas modifizierte Form der SPME stellt die SPDE (Solid Phase Dynamic
Extraction = dynamische Festphasen-Mikroextraktion) dar, bei welcher die
Analyten unmittelbar in der Kanüle einer Spritze aufkonzentriert
werden. Dazu wird die, die Analyten enthaltene Probe mehrmals durch
die Kanüle gezogen beziehungsweise gedrückt, wobei
sich die Analyten schließlich an der Innenfläche
der wiederum beschichteten Kanüle anlagern. Das Überführen
der Analyten in den Liner erfolgt, ebenso wie bei der SPME, durch
Durchstechen des Septums des Injektors und anschließende
Desorption der Analyten von der Kanüle durch Temperaturerhöhung
im Injektor. Bei der SPME und im geringeren Maße bei der
SPDE ist die Kapazität des Extraktionssystems im Hinblick auf
die Menge der aufkonzentrierbaren Analyten allerdings begrenzt.
Zudem besteht bei der SPDE die Gefahr, dass das Extraktionssystem,
also die Kanüle, verstopft. Ein einer modifizierten SPDE
entsprechendes Verfahren und eine dazu verwendbare Vorrichtung werden
durch die
DE 100 24
443 B4 beschrieben. Entsprechend der in der Schrift beschriebenen Lösung
werden die Messgenauigkeit erhöht und der Messzeitzyklus
verkürzt, indem ein außerhalb des Injektors verbleibender
Tubus, beispielsweise die Kanüle einer Spritze, während
der Desorption der Analyten erwärmt und von einem Trägergas,
vorzugsweise auch dem der Überführung der Analyten
in die Trennsäule des Gaschromatograhen dienenden Trägergas,
durchströmt wird.
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Ein
mit den Lösungen zur SPDE beziehungsweise SPME vergleichbares
System, aber mit größerer Kapazität,
stellt die SBSE (Stir Bar Sorptive Extraction = adsorbtive Magnetrührextraktion)
dar. Bei der SBSE handelt es sich um einen an seiner Oberfläche
mit einem Polymer beschichteten Magnetrührer beziehungsweise
Twister, mit dem zum Zwecke der Anlagerung beziehungsweise des Aufkonzentrierens
der Analyten die zu analysierende Probe für eine vorgegebene
Zeitdauer gerührt wird. Nach der Aufkonzentration der Analyten
wird der Twister schließlich, vorzugsweise mittels einer
Pinzette, in eine Thermodesorbtionseinheit eingelegt, in der die thermische
Desorption und der Analyt-Transfer zum Gaschromatographen erfolgt.
Da die thermische Desorpion außerhalb des Injektors erfolgt,
kann es im Gegensatz zu SPME und SPDE zu keiner Verschmutzung des
Injektionssystems, insbesondere des Liners kommen. Nachteilig sind
aber der am Twister zu verzeichnende Abrieb der Polymerschicht und
eine eventuelle, bereits außerhalb des Injektors erfolgende,
ungewollte Desorption bzw. Kontamination der aufkonzentrierten Analyten.
Auch ist eine Headspaceanalyse bei Anwendung der SBSE nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben,
welche die Nachteile der vorgenannten Techniken vermeidet. Insbesondere soll
die dazu zu schaffende Lösung reproduzierbarere Analyseergebnisse
und dabei ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich
der Art und der Menge der in einem Analysevorgang zu analysierenden
Analyten ermöglichen. Im Hinblick auf die Menge der Analyten soll
sie nicht nur flexibel sein, sondern auch die Bereitstellung großer
Analysekapazitäten ermöglichen. Hierzu sind ein
Probenaufgabegefäß bereitzustellen und ein dieses
im Rahmen der GC verwendendes Verfahren anzugeben. Dabei soll das
Probenaufgabegefäß ein einfaches Handling bei
der Probenvorbereitung und -aufgabe ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Probenaufgabegefäß mit
den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein die Aufgabe
im Rahmen der GC unter Verwendung des Probenaufgabegefäßes
lösendes Verfahren ist durch die Merkmale des ersten Verfahrensanspruchs
charakterisiert. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen
der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche
gegeben.
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Bei
dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Probenaufgabegefäß handelt
es sich um ein mit einer Analyseeinrichtung, wie einem Gaschromatographen
oder einem HPLC-System, verwendbares Röhrchen aus einem
inerten Material. Erfindungsgemäß handelt es sich
hierbei um einen in den Injektor des Gaschromatographen oder der
HPLC einbringbaren Liner, der im Weiteren auch als Extraktionsliner bezeichnet
werden soll. Der erfindungsgemäße Extraktionsliner
ist sowohl zur Probenaufgabe als auch zur Extraktion und Aufkonzentrierung
der in einer jeweiligen flüssigen oder gasförmigen
Probe enthaltenen Analyten ausgebildet. Dazu ist in dem Liner mindestens
eine Kapillare angeordnet, deren Innenfläche mit einer
stationären, vorzugsweise polymeren Phase belegt ist.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Liner um ein Glasröhrchen mit mehren
darin angeordneten Kapillaren. In dem Extraktionsliner, welcher
vorzugsweise einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von
einigen Zentimetern aufweist, sind dabei Kapillaren mit einem Durchmesser
zwischen 0,25 mm bis 3,20 mm angeordnet.
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Die
innerhalb eines erfindungsgemäßen Extraktionsliners
angeordneten Kapillaren müssen nicht zwingend gleicher
Art sein. Vielmehr können die in dem Liner enthaltenen
Kapillaren zur Aufkonzentrierung unterschiedlicher Stoffe beziehungsweise
Stoffgruppen unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder an
ihren Innenflächen mit unterschiedlichen stationären
Phasen belegt sein.
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Gemäß einer
praxisgerechten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen
Probenaufgabegefäßes sind die mit der stationären
Phase belegten Kapillaren in einem mittleren Abschnitt des den Liner ausbildenden
Röhrchens angeordnet, welcher sich nur über einen
Teil der axialen Gesamtlänge des Liners erstreckt. Das
erfindungsgemäße Probenaufgabegefäß beziehungsweise
der Extraktionsliner ist zudem vorteilhafter Weise für
einen automatisierten Linerwechsel und dabei insbesondere für
die automatische Zuführung zum Injektor einer Analyseeinrichtung
ausgebildet.
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Nach
dem zur Vorbereitung und Aufgabe von Proben für die Analyse
in einem Gaschromatographen vorgeschlagenen Verfahren werden die
zu bestimmenden Analyten, wie grundsätzlich bekannt, zunächst
durch Aufkonzentrierung an einem dafür mit einer stationären,
vorzugsweise polymeren Phase belegten Substrat aus der Probe extrahiert.
Durch Verdampfen in einem das Substrat aufnehmenden, aufheizbaren
Injektor werden die Analyten dann thermisch von der stationären
Phase desorbiert. Die desorbierten Analyten werden schließlich mittels
eines durch den Injektor geführten Gasstroms in eine für
ihren Nachweis sowie ihre Bestimmung speziell ausgebildete Trennsäule
des Gaschromatographen überführt.
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Abweichend
vom Stand der Technik erfolgt jedoch die Extraktion bzw. die Aufkonzentrierung
der Analyten und ihre anschließende Desorption nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar in einem
dafür in geeigneter Weise ausgebildeten Probenaufgabegefäß,
nämlich dem erfindungsgemäßen Liner (Extraktionsliner).
Dazu wird die entsprechende Probenlösung mehrfach durch
den Extraktionsliner (das heißt vorzugsweise durch ein
Bündel darin angeordneter Kapillaren) und damit an der
Oberflächen der stationären, vorzugsweise polymeren
Phase entlang geführt. Der Extraktionsliner kann nach Beendigung
des Aufkonzentrierens je nach Beschaffenheit der Probe (Viskosität,
Trübung) wahlweise einer Spülung und/oder Vortrocknung
außerhalb des Injektors unterzogen werden. Die Vortrocknung
des Extraktionsliners nach der Aufkonzentrierung der Analyten an
der in ihm enthaltenen stationären Phase beziehungsweise
polymeren Phase kann durch Anlegen eines Vakuums oder eines Gasstroms
(zum Beispiel Stickstoff) erfolgen.
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Soweit
erforderlich, erfolgt dann die weitere Trocknung in einem, den Extraktionsliner
aufnehmenden temperaturprogrammierten Injektor (PTV), indem der
Injektor nach Einbringen des Extraktionsliners mit einer zunächst
vergleichsweise niedrigen Temperatur von ca. 60°C aufgeheizt
wird. Erst danach erfolgt ein weiteres Aufheizen des Injektors zur Desorption
der Analyten. Die Analyten werden dann in gewohnter Weise mittels
eines durch den Injektor geleiteten Gasstroms in eine Trennsäule überführt.
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In
einer praxisgerechten Umsetzung umfasst das erfindungsgemäße
Verfahren zur Probenvorbereitung und -aufgabe folgende Verfahrensschritte:
- 1. Mehrfaches Hindurchsaugen oder -drücken
der Probe durch den die stationäre Phase zum Aufkonzentrieren
der Analyten enthaltenden Extraktionsliner mittels einer Pumpe;
- 2. Spülen bzw. Trocknen des Extraktionsliners durch
Anlegen eines Vakuums oder eines Gasstroms;
- 3. Einbringen des Extraktionsliners in einen temperaturprogrammierbaren
Injektor eines Gaschromatographen;
- 4. Nachtrocknung des Extraktionsliners durch Aufheizen des Injektors
auf eine Temperatur von ca. 60°C;
- 5. Desorption der an der stationären beziehungsweise
polymeren Phase aufkonzentrierten Analyten durch weiteres, starkes
Aufheizen des Injektors;
- 6. Überführen der desorbierten Analyten in
eine Trennsäule des Gaschromatographen mittels eines durch
den Injektor geführten Trägergasstroms.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 Die
räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Liners 2 Den Liner gemäß 1,
mit einem entlang der Linie A-A radial durch den Liner geführten
Schnitt, in einer gegenüber der 1 vergrößerten
Darstellung.
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Die 1 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten Liner 1 in
räumlicher Darstellung. Der Liner 1 ist in an
sich bekannter Weise als ein Glasröhrchen mit etwa 4 mm
Durchmesser und einer Länge von einigen Zentimetern ausgebildet.
Abweichend gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten
Linern sind jedoch in dem erfindungsgemäßen Liner 1 in
einem Abschnitt 4 des ihn ausbildenden Glasröhrchens
mehrere beschichtete Kapillaren 2 angeordnet, welche in
Anlehnung an derzeit üblicherweise verwendete GC-Kapilarsäulen
einen Durchmesser von etwa 0,25 bis 0,53 mm aufweisen. Die Kapillaren 2 sind
an ihren Innenflächen 3, ebenso wie die Trennsäule
des Gaschromatographen, mit einer stationären Phase belegt.
Diese stationäre Phase wird zur Extraktion beziehungsweise
Aufkonzentrierung der in einer Lösung oder einer Gasphase
enthaltenen Analyten verwendet. Hierzu wird die entsprechende Probe
mehrmals durch den Liner 1 und damit durch die Kapillaren 2 bewegt.
Vorzugsweise geschieht dies mittels einer Pumpe, welche die Probe wechselweise
durch den Liner 1 saugt und drückt. Bei der entsprechenden
Pumpe kann es sich um eine manuell betätigte, aber auch
um eine elektrische Pumpe handeln. Im Ergebnis des mehrmaligen Bewegens
der Probe durch den Liner 1 werden diejenigen Analyten,
für welche die Beschichtung der Kapillaren 2 des
Liners 1 ausgelegt ist, aus der Probe extrahiert und an
den Innenflächen 3 der Kapillaren 2 aufkonzentriert.
Nach der Beendigung des Aufkonzentrierungsvorgangs kann der Liner 1,
sofern es sich bei der Probe um eine Lösung beziehungsweise eine
Flüssigkeit handelt, vorzugsweise im Vakuum kurzzeitig
getrocknet werden. Danach wird er in einen Autosampler gegeben,
aus welchem er im Zuge eines automatischen Linerwechsels dem Injektor
des Gaschromatographen zugeführt wird. In dem Injektor erfolgt,
gegebenenfalls nach einem Nachtrocknen des Liners 1, durch
eine entsprechende Temperaturerhöhung die Desorption der
in den Kapillaren 2 aufkonzentrierten Analyten und schließlich
ihre Überführung in die Trennsäule mittels
des Gasstroms.
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Die 2 zeigt
den insoweit auch als Extraktionsliner zu bezeichnenden Liner 1 nach
der 1 in einer geschnittenen Darstellung, wobei der
Schnitt entlang der Linie A-A radial durch den Liner 1 geführt ist
und die Abbildung zur besseren Erkennbarkeit vergrößert
wurde. Zu erkennen sind die Außenwand des mit einem kreisförmigen
Profil ausgebildeten Glasröhrchens und die von der Außenwand
umfassten, im Liner 1 angeordneten Kapillaren 2.
Die Anzahl der Kapillaren 2 hängt selbstverständlich
vom Größenverhältnis zwischen dem Durchmesser
des Glasröhrchens beziehungsweise Liners 1 einerseits
und dem Durchmesser der Kapillaren 2 andererseits ab, wobei
der Durchmesser der Kapillaren 2 wiederum von der Art der
Probe und damit dem Analyten, zu dessen Aufkonzentrierung der Liner 1 speziell
ausgebildet ist, abhängig ist. Gleiches gilt für
die Belegung der Innenflächen 3 der Kapillaren 3 mit
der zur Extraktion und Aufkonzentrierung dienenden stationären
Phase. Ihre Auswahl erfolgt, ebenso wie dies von den Trennsäulen
her bekannt ist, entsprechend der Art der aufzukonzentrierenden
Komponenten. Die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung sind
demnach insoweit universell, als der Liner 1 hinsichtlich
der Anzahl, der Länge, des Durchmessers sowie der Innenbeschichtung
der Kapillaren 2 variabel ausgebildet sein kann, wobei
Letzteres sich sowohl auf die Dicke des Films der stationären
Phase als auch auf deren Material bezieht. Gegebenenfalls können
in dem Liner 1 auch verschiedene Kapillaren 2 mit
unterschiedlichen Durchmessern und Beschichtungen ihrer Innenseiten 3 angeordnet
sein
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Der
erfindungsgemäße Liner 1 bringt eine Reihe
von Vorteilen mit sich. So wird zunächst durch die spritzenlose
Aufgabe der Proben mit den darin enthaltenen Analyten das Handling
grundsätzlich vereinfacht. In Kombination mit Systemen
für einen automatischen Linerwechsel wird in besonders
vorteilhafter Weise die Belastung des GC-Systems mit Zersetzungsprodukten
sehr gering gehalten. Hieraus folgt eine Verringerung der Messfehler,
aber auch eine zu erwartende längere Lebensdauer der GC-Trennsäulen
und der Detektoren. Des Weiteren ist aufgrund der schnellen und
lösungsmittelfreien Probenaufbereitung mit einer Verringerung
von Analysefehlern zu rechnen. Sehr vorteilhaft ist darüber
hinaus, dass sich mit dem Extraktionsliner 1 eine hohe Aufkonzentrierung
des beziehungsweise der Analyten erreichen lässt. Dabei
ist die Analyse sehr großer Probenvolumina möglich,
da aufgrund der Mehrzahl der an ihren Innenflächen 3 beschichteten
Kapillaren 2 eine große Oberfläche zum
Aufkonzentrieren der Analyten zur Verfügung steht. Auf
der anderen Seite lässt sich durch eine Verringerung der
Anzahl der Kapillaren bei gleichzeitiger Vergrößerung
ihres Durchmessers der Liner 1 vorteilhaft auch zur Extraktion von
Analyten aus viskosen Flüssigkeiten (zum Beispiel Plasma)
verwenden. Die Möglichkeit einer Einbeziehung in Systeme
mit automatischem Linerwechsel gestattet eine gründliche
Reinigung des Liners 1 außerhalb des GC-Systems
und somit seine mehrfache Wiederverwendung. Selbstverständlich ist
außerdem die Möglichkeit einer komplett automatisierten
Probenvorbereitung als sehr vorteilhaft anzusehen.
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- 1
- (Extraktions-)Liner
- 2
- Substrat,
Kapillaren
- 3
- Innenseite
mit stationärer Phase
- 4
- Abschnitt
- 5
- axiale
Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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