DE102008007407A1 - Measuring cuvette for a gas analyzer and its use - Google Patents

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Abstract

Die erfindungsgemäße Messküvette (5) für einen Gasanalysator (1) besteht aus mindestens drei, vorzugsweise vier, Teilküvetten (9, 10, 11, 12), wobei vorzugsweise die Länge der n-ten Teilküvette (9, 10, 11, 12) dem 2(n-1)-Fachen eine Basislänge (L) entspricht. Die Gaseinlässe (13) der Teilküvetten (9, 10, 11, 12) sind an einem Gasverteiler (14) angeschlossen, der jede Teilküvette (9, 10, 11, 12) individuell entweder mit einem Messgas (8) oder einem Nullgas (17) versorgt. Die erfindungsgemäße Messküvette (5) ermöglicht auf einfache Weise eine 2n-Punkt-Kalibrierung des Gasanalysators (1) und im Messbetrieb eine Anpassung der effektiven, mit Messgas (8) gefüllten Messküvettenlänge (L) an die zu erwartende Messgaskonzentration.The measuring cuvette (5) according to the invention for a gas analyzer (1) consists of at least three, preferably four, partial cuvettes (9, 10, 11, 12), wherein preferably the length of the nth partial cuvette (9, 10, 11, 12) 2 (n-1) times corresponds to a base length (L). The gas inlets (13) of the partial cuvettes (9, 10, 11, 12) are connected to a gas distributor (14), which connects each partial cuvette (9, 10, 11, 12) individually either with a measuring gas (8) or a zero gas (17 ) provided. The measuring cuvette (5) according to the invention enables in a simple manner a 2n-point calibration of the gas analyzer (1) and, during measuring operation, an adaptation of the effective measuring cuvette length (L) filled with the measuring gas (8) to the expected measuring gas concentration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messküvette für einen Gasanalysator, die aus mindestens zwei von einer Messstrahlung durchstrahlbaren, in Strahlungsrichtung hintereinander liegenden und jeweils einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweisenden Teilküvetten unterschiedlicher Länge besteht.The The invention relates to a measuring cuvette for a Gas analyzer, comprising at least two irradiated by a measuring radiation, one behind the other in the direction of radiation and one each Gas inlet and a gas outlet having Teilküvetten different length exists.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Messküvette.The The invention further relates to a method of using such Cuvette.

Eine derartige, aus der DE 19732470 C2 bekannte Messküvette eines nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysators besteht aus zwei Teilküvetten, die in Strahlungsrichtung hintereinander liegen und nacheinander von einem Messgas durchströmt werden, Hinter der ersten und damit vor der zweiten Teilküvette sind nacheinander zwei, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid enthaltende optopneumatische Detektoren und hinter der zweiten Teilküvette weitere Detektoren für Kohlenwasserstoffe und Stickoxide angeordnet. Die Länge der ersten Teilküvette ist in Bezug auf die Detektion von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid und die Gesamtlänge beider Teilküvetten in Bezug auf die Detektion der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide optimal ausgelegt.Such, from the DE 19732470 C2 known measuring cuvette of a non-dispersive infrared gas analyzer consists of two partial cuvettes, which lie behind one another in the radiation direction and are successively flowed through by a sample gas behind the first and thus before the second part cuvette are successively containing two carbon dioxide and carbon monoxide optopneumatic detectors and behind the second Partial cuvette further detectors for hydrocarbons and nitrogen oxides arranged. The length of the first sub-cuvette is optimally designed with respect to the detection of carbon dioxide and carbon monoxide and the total length of both sub-cuvettes with respect to the detection of hydrocarbons and nitrogen oxides.

Die Kalibrierung von nach dem Prinzip der optischen Absorption arbeitenden Gasanalysatoren erfolgt üblicherweise mittels eines Kalibrier- oder Endwertgases, dessen Konzentration durch Mischen mit einem Nullgas variiert wird. Mit den so erhaltenen Gasgemischen wird die Kennlinie des Gasanalysators ermittelt.The Calibration of optical absorption principle Gas analyzers are usually carried out by means of a calibration or final gas, its concentration by mixing with a Zero gas is varied. With the gas mixtures thus obtained is the Characteristic of the gas analyzer determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messküvette eines Gasanalysators für die Messung sehr unterschiedlicher Messgaskonzentrationen sowie zum Zwecke der Kalibrierung zu verbessern.Of the Invention is based on the object, the cuvette of a Gas analyzer for the measurement of very different sample gas concentrations as well as for the purpose of calibration.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Messküvette der eingangs genannten Art aus mindestens drei, vorzugsweise vier Teilküvetten besteht und dass die Gaseinlässe der Teilküvetten an einem Gasverteiler angeschlossen sind, der jede Teilküvette entweder mit einem Messgas oder einem Nullgas versorgt. Je nachdem, welche der Teilküvetten mit dem Messgas und welche mit dem Nullgas beströmt werden, lassen sich unterschiedliche optisch effektive Messküvettenlängen einstellen, wobei die optisch effektive Messküvettenlänge der Summe der Längen der jeweils mit dem Messgas beströmten Teilküvetten entspricht.According to the Invention, the object is achieved in that the measuring cuvette of the type mentioned at least three, preferably four Partial cuvettes exists and that the gas inlets the partial cuvettes are connected to a gas distributor, each cuvette with either a sample gas or a Zero gas supplied. Depending on which of the partial cuvettes with the measuring gas and which are flown with the zero gas, can be different optically effective cuvette lengths adjust, whereby the optically effective measuring cuvette length the sum of the lengths of each flowed with the sample gas Partial cuvettes corresponds.

Der Gasverteiler zur Aufteilung des Messgases oder Nullgases auf die unterschiedlichen Teilküvetten besteht im einfachsten Fall aus einer Anordnung von Leitungen, die die entsprechenden Gaseinlässe der Teilküvetten mit einer Messgas- oder Nullgasquelle und ggf. die Gasein- und -auslässe unterschiedlicher Teilküvetten untereinander verbinden. Zur Vermeidung des Verschaltungsaufwandes für solche Leitungen besteht der Gasverteiler vorzugsweise aus einer steuerbaren Ventilanordnung.Of the Gas distributor for the distribution of the measuring gas or zero gas on the different partial cuvettes is the simplest case from an array of pipes containing the appropriate gas inlets the partial cuvettes with a sample gas or zero gas source and possibly the gas inlets and outlets of different partial cuvettes connect with each other. To avoid the Verschaltungsaufwandes for such lines, the gas distributor is preferably from a controllable valve assembly.

Vorzugsweise entspricht die Länge der n-ten Teilküvette dem 2(n-1)-fachen einer Basislänge, so dass sich 2n unterschiedliche optisch effektive Messküvettenlängen einstellen lassen. Wenn vorgesehen ist, dass für die Messung alle Teilküvetten mit dem Messgas beströmt werden, wird durch diesen Aufbau der Messküvette eine einfache 2n-Punkt-Kalibrierung des Gasanalysators ermöglicht, ohne dass das Kalibrier- oder Endwertgas mit einem Nullgas gemischt werden muss. Dazu werden nacheinander alle möglichen Kombinationen von Füllungen der Teilküvetten mit dem Kalibriergas (Endwertgas) oder dem Nullgas durchgespielt.The length of the nth partial cuvette preferably corresponds to 2 (n-1) times a basic length, so that 2 n different optically effective measuring cuvette lengths can be set. If it is envisaged that the measurement gas flows through all the sub-cuvettes for the measurement, this design of the cuvette enables a simple 2 n- point calibration of the gas analyzer, without the calibration or final gas having to be mixed with a zero gas. For this purpose, all possible combinations of fillings of the partial cuvettes with the calibration gas (final value gas) or the zero gas are successively played through.

Bei einer anderen Ausführung entspricht die Länge der n-ten Teilküvette dem n-fachen einer Basislänge, so dass sich [n(n + 1)2 + 1] unterschiedliche optisch effektive Messküvettenlängen einstellen lassen, also im Falle von beispielsweise vier Teilküvetten von 0 bis zur 10-fachen Basislänge. Letzteres lässt sich auch bei einer Aufteilung der Längen der Teilküvetten im Verhältnis von 1:2:2:5 erreichen.In another embodiment, the length of the nth partial cuvette is n times a base length, so that [ n (n + 1) 2 + 1] set different optically effective cuvette lengths, so in the case of, for example, four partial cuvettes from 0 to 10 times the base length. The latter can also be achieved with a division of the lengths of the partial cuvettes in the ratio of 1: 2: 2: 5.

Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Messküvette die Möglichkeit, Gasanalysengeräte mit einem höheren Konzentrationsmessbereich zu realisieren, als dies bisher möglich war. Zu diesem Zweck wird einfach die effektive, mit Messgas gefüllte Messküvettenlänge an die zu erwartende Messgaskonzentration angepasst. Beispielsweise kann bei der Kohlenmonoxid-Messung an einem Verbrennungsmotor die effektive Messküvettenlänge in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Motors, z. B. der Drehzahl, automatisch geändert werden.Farther offers the measuring cuvette according to the invention the ability to gas analyzers with a higher To realize concentration range, as previously possible was. For this purpose, simply the effective, filled with sample gas Sample cell length to the expected sample gas concentration customized. For example, in the carbon monoxide measurement an internal combustion engine, the effective measuring cell length depending on a farm size of the engine, z. As the speed to be changed automatically.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur der Zeichnung in einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messküvette in einem Infrarot-Gasanalysator.in the Below, the invention with reference to the drawing explained. The only figure of the drawing shows in a schematic sketch an embodiment of the Measuring cuvette according to the invention in one Infrared gas analyzer.

Die Figur zeigt einen nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysator 1 mit einer Infrarot-Strahlungsquelle 2, deren Strahlung mittels eines Blendenrads 3 moduliert wird. Die modulierte Infrarot-Messstrahlung 4 gelangt durch eine Messküvette 5 in einen optopneumatischen Detektor 6, der ein Detektorsignal 7 in Abhängigkeit von der Konzentration eines Messgases 8 in der Messküvette 5 erzeugt. Die Messküvette 5 besteht aus vier Teilküvetten 9, 10, 11 und 12, die in Richtung der Messstrahlung 4 hintereinander liegen und von dieser durchstrahlt werden. Die erste Teilküvette 9 weist in Strahlungsrichtung eine vorgegebene Basislänge L auf, die zweite Teilküvette 10 die doppelte Basislänge 2L, die dritte Teilküvette 11 die vierfache Basislänge 4L und die vierte Teilküvette 12 die acht fache Basislänge 8L. Jede Teilküvette, z. B. 12, ist über einen Gaseinlass 13 an einem Gasverteiler 14 in Form einer steuerbaren Ventilanordnung angeschlossen und über einen Gasauslass 15 an einer allen Teilküvetten 9, 10, 11 und 12 gemeinsamen Gasentsorgungsleitung 16 angeschlossen. Die Ventilanordnung 14 versorgt je nach Schaltstellung jede Teilküvette 9, 10, 11 und 12 individuell entweder mit dem Messgas 8 oder einem Nullgas 17. Je nachdem, welche der Teilküvetten 9, 10, 11 und 12 mit dem Messgas 8 und welche mit dem Nullgas 17 beströmt werden, lassen sich 24 = 16 verschiedene optisch effektive Messküvettenlängen von 0 bis 15L einstellen.The figure shows a non-dispersive infrared gas analyzer 1 with an infrared radiation source 2 . their radiation by means of a diaphragm wheel 3 is modulated. The modulated infrared measuring radiation 4 passes through a measuring cuvette 5 in an optopneumatic detector 6 , which is a detector signal 7 depending on the concentration of a sample gas 8th in the cuvette 5 generated. The measuring cuvette 5 consists of four partial cuvettes 9 . 10 . 11 and 12 pointing in the direction of the measuring radiation 4 lie behind each other and be irradiated by this. The first part cuvette 9 has a predetermined base length L in the radiation direction, the second partial cuvette 10 the double base length 2L, the third part cuvette 11 four times the base length 4L and the fourth part cuvette 12 the eight times base length 8L. Each partial cuvette, z. B. 12 , is via a gas inlet 13 at a gas distributor 14 connected in the form of a controllable valve assembly and via a gas outlet 15 on one of all partial cuvettes 9 . 10 . 11 and 12 common gas disposal line 16 connected. The valve arrangement 14 supplies each partial cuvette depending on the switching position 9 . 10 . 11 and 12 individually with either the sample gas 8th or a zero gas 17 , Depending on which of the partial cuvettes 9 . 10 . 11 and 12 with the sample gas 8th and which with the zero gas 17 2 4 = 16 different optically effective measuring cell lengths from 0 to 15L can be set.

Zu Kalibrierungszwecken wird anstelle des Messgases 8 ein Kalibrier- oder Endwertgas 18, d. h. ein dem Messgas 8 entsprechendes Gas bekannter Konzentration, in den Gasanalysator 1 eingeleitet. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für die 16-stufige Kalibrierung. effektive Messküvettenlänge erste Teilküvette Länge L zweite Teilküvette Länge 2L dritte Teilküvette Länge 4L vierte Teilküvette Länge 8L 0 Nullgas Nullgas Nullgas Nullgas L Kalibriergas Nullgas Nullgas Nullgas 2L Nullgas Kalibriergas Nullgas Nullgas 3L Kalibriergas Kalibriergas Nullgas Nullgas 4L Nullgas Nullgas Kalibriergas Nullgas 5L Kalibriergas Nullgas Kalibriergas Nullgas ... ... ... ... ... 15L Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas For calibration purposes, instead of the sample gas 8th a calibration or final gas 18 ie a measuring gas 8th corresponding gas of known concentration, in the gas analyzer 1 initiated. The following table shows an example of the 16-step calibration. effective measuring cell length first partial cuvette length L second partial cuvette length 2L third part cuvette length 4L fourth partial cuvette length 8L 0 zero gas zero gas zero gas zero gas L calibration zero gas zero gas zero gas 2L zero gas calibration zero gas zero gas 3L calibration calibration zero gas zero gas 4L zero gas zero gas calibration zero gas 5L calibration zero gas calibration zero gas ... ... ... ... ... 15L calibration calibration calibration calibration

Bei einer alternativen Ausführung entspricht die Länge der n-ten Teilküvette dem n-fachen der Basislänge L, so dass, wie die nächste Tabelle zeigt, mit vier Teilküvetten eine 11-stufige Kalibrierung des Gasanalysators möglich ist. effektive Messküvettenlänge erste Teilküvette Länge L zweite Teilküvette Länge 2L dritte Teilküvette Länge 3L vierte Teilküvette Länge 4L 0 Nullgas Nullgas Nullgas Nullgas L Kalibriergas Nullgas Nullgas Nullgas 2L Nullgas Kalibriergas Nullgas Nullgas 3L Nullgas Nullgas Kalibriergas Nullgas 4L Nullgas Nullgas Nullgas Kalibriergas 5L Kalibriergas Nullgas Nullgas Kalibriergas 6L Nullgas Kalibriergas Nullgas Kalibriergas 7L Nullgas Nullgas Kalibriergas Kalibriergas 8L Kalibriergas Nullgas Kalibriergas Kalibriergas 9L Nullgas Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas 10L Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas In an alternative embodiment, the length of the nth partial cuvette corresponds to n times the base length L, so that, as the next table shows, with four partial cuvettes an 11-step calibration of the gas analyzer is possible. effective measuring cell length first partial cuvette length L second partial cuvette length 2L third part cuvette length 3L fourth partial cuvette length 4L 0 zero gas zero gas zero gas zero gas L calibration zero gas zero gas zero gas 2L zero gas calibration zero gas zero gas 3L zero gas zero gas calibration zero gas 4L zero gas zero gas zero gas calibration 5L calibration zero gas zero gas calibration 6L zero gas calibration zero gas calibration 7L zero gas zero gas calibration calibration 8L calibration zero gas calibration calibration 9L zero gas calibration calibration calibration 10L calibration calibration calibration calibration

Wie die unten stehende Tabelle zeigt, wird eine 11-stufige Kalibrierung des Gasanalysators auch bei einer Aufteilung der Längen der vier Teilküvetten im Verhältnis von 1:2:2:5 erreicht. effektive Messküvettenlänge erste Teilküvette Länge L zweite Teilküvette Länge 2L dritte Teilküvette Länge 2L vierte Teilküvette Länge 5L 0 Nullgas Nullgas Nullgas Nullgas L Kalibriergas Nullgas Nullgas Nullgas 2L Nullgas Kalibriergas Nullgas Nullgas 3L Kalibriergas Kalibriergas Nullgas Nullgas 4L Nullgas Kalibriergas Kalibriergas Nullgas 5L Nullgas Nullgas Nullgas Kalibriergas 6L Kalibriergas Nullgas Nullgas Kalibriergas 7L Nullgas Kalibriergas Nullgas Kalibriergas 8L Kalibriergas Kalibriergas Nullgas Kalibriergas 9L Nullgas Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas 10L Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas Kalibriergas As shown in the table below, an 11-step calibration of the gas analyzer is also achieved by dividing the lengths of the four sub-cuvettes in a ratio of 1: 2: 2: 5. effective measuring cell length first partial cuvette length L second partial cuvette length 2L third part cuvette length 2L fourth part cuvette length 5L 0 zero gas zero gas zero gas zero gas L calibration zero gas zero gas zero gas 2L zero gas calibration zero gas zero gas 3L calibration calibration zero gas zero gas 4L zero gas calibration calibration zero gas 5L zero gas zero gas zero gas calibration 6L calibration zero gas zero gas calibration 7L zero gas calibration zero gas calibration 8L calibration calibration zero gas calibration 9L zero gas calibration calibration calibration 10L calibration calibration calibration calibration

Die Ventilanordnung 14 kann manuell oder mittels eines Steuersignals 19 automatisch geschaltet werden. Damit kann z. B. im Messbetrieb die effektive Messküvettenlänge an den Konzentrationsbereich des Messgases 8 angepasst werden, indem bei niedrigen Konzentrationsbereichen eine längere und bei hohen Konzentrationsbereichen eine kürzere effektive Messküvettenlänge eingestellt wird.The valve arrangement 14 can be manually or by means of a control signal 19 be switched automatically. This can z. B. in measuring operation, the effective measuring cell length to the concentration range of the sample gas 8th can be adjusted by setting a shorter effective measuring cell length at low concentration ranges and a shorter effective measuring cell length at high concentration ranges.

Die Erfindung ist bei allen Arten von Gasanalysatoren anwendbar in denen eine Messstrahlung durch eine Messküvette geleitet wird. Die Reihenfolge der unterschiedlich langen Teilküvetten 9, 10, 11 und 12 ist für die Funktionsweise unerheblich.The invention is applicable to all types of gas analyzers in which a measuring radiation is passed through a measuring cuvette. The order of different length cuvettes 9 . 10 . 11 and 12 is irrelevant to the operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19732470 C2 [0003] - DE 19732470 C2 [0003]

Claims (10)

Messküvette (5) für einen Gasanalysator (1), die aus mindestens zwei von einer Messstrahlung (4) durchstrahlbaren, in Strahlungsrichtung hintereinander liegenden und jeweils einen Gaseinlass (13) und einen Gasauslass (15) aufweisenden Teilküvetten (9, 10, 11, 12) unterschiedlicher Länge besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Messküvette (5) aus mindestens drei Teilküvetten (9, 10, 11, 12) besteht und dass die Gaseinlässe (13) der Teilküvetten (9, 10, 11, 12) an einem Gasverteiler (14) angeschlossen sind, der jede Teilküvette (9, 10, 11, 12) entweder mit einem Messgas (8) oder einem Nullgas (17) versorgt.Measuring cuvette ( 5 ) for a gas analyzer ( 1 ), which consists of at least two of a measuring radiation ( 4 ), one behind the other in the radiation direction and in each case one gas inlet ( 13 ) and a gas outlet ( 15 ) having partial cuvettes ( 9 . 10 . 11 . 12 ) of different lengths, characterized in that the measuring cuvette ( 5 ) from at least three partial cuvettes ( 9 . 10 . 11 . 12 ) and that the gas inlets ( 13 ) of the partial cuvettes ( 9 . 10 . 11 . 12 ) at a gas distributor ( 14 ), which connects each partial cuvette ( 9 . 10 . 11 . 12 ) either with a sample gas ( 8th ) or a zero gas ( 17 ) provided. Messküvette (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverteiler (14) aus einer steuerbaren Ventilanordnung besteht.Measuring cuvette ( 5 ) according to claim 1, characterized in that the gas distributor ( 14 ) consists of a controllable valve assembly. Messküvette (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messküvette (5) aus vier Teilküvetten (9, 10, 11, 12) besteht.Measuring cuvette ( 5 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring cuvette ( 5 ) from four partial cuvettes ( 9 . 10 . 11 . 12 ) consists. Messküvette (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der n-ten Teilküvette (9, 10, 11, 12) dem 2(n-1)-fachen einer Basislänge (L) entspricht.Measuring cuvette ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the nth partial cuvette ( 9 . 10 . 11 . 12 ) corresponds to 2 (n-1) times a base length (L). Messküvette (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, die Länge der n-ten Teilküvette (9, 10, 11, 12) dem n-fachen einer Basislänge (L) entspricht.Measuring cuvette ( 5 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the length of the nth partial cuvette ( 9 . 10 . 11 . 12 ) corresponds to n times a base length (L). Messküvette (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die Längen der vier Teilküvette (9, 10, 11, 12) dem einfachen, zweifachen, zweifachen und fünffachen einer Basislänge (L) entsprechen.Measuring cuvette ( 5 ) according to claim 3, characterized in that the lengths of the four part cuvette ( 9 . 10 . 11 . 12 ) are one, two times, two times and five times a base length (L). Verwendung der Messküvette (5) nach Anspruch 4 zur 2n-Punkt-Kalibrierung des Gasanalysators (1).Using the cuvette ( 5 ) according to claim 4 for 2 n- point calibration of the gas analyzer ( 1 ). Verwendung der Messküvette (5) nach Anspruch 5 zur [n(n + 1)2 + 1]-Punkt-Kalibrierung des Gasanalysators (1).Using the cuvette ( 5 ) according to claim 5 to [ n (n + 1) 2 + 1] point calibration of the gas analyzer ( 1 ). Verwendung der Messküvette (5) nach Anspruch 6 zur 10-Punkt-Kalibrierung des Gasanalysators (1).Using the cuvette ( 5 ) according to claim 6 for the 10-point calibration of the gas analyzer ( 1 ). Verwendung der Messküvette (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Anpassung der effektiven, mit Messgas (8) gefüllten Messküvettenlänge (L) an die zu erwartende Messgaskonzentration.Using the cuvette ( 5 ) according to one of the preceding claims for adapting the effective, with sample gas ( 8th ) filled measuring cell length (L) to the expected sample gas concentration.
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