DE19852859C2 - Vorrichtung zur Spurengasprobennahme - Google Patents
Vorrichtung zur SpurengasprobennahmeInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Spurengasprobennahme, die Spurengase enthaltende Luftproben von emittierenden Freilandflächen mit einer geschlossenen Kammer über einen längeren Zeitraum repräsentativ und automatisch unter Ausschluß von Vegetation und mit hoher Empfindlichkeit entnimmt und sammelt. DOLLAR A Die Vorrichtung besteht aus einer Probenahmekammer (14) mit einem, einen Basisrahmen (28) sowie Horizontal- und Vertikalelemente aufweisenden Gestell (2), an dem Führungsbahnen (9) fixiert sind, auf denen eine, auf den Führungsbahnen (9) bewegbar geführte und damit auf und/oder in die Bodenfläche absenkbare und wieder hochfahrbare Abdeckhaube (8) angeordnet ist. Ein von der Abdeckhaube (8) umschlossener Probenentnahmeraum (35) ist über ein im Kreislauf geführtes Gasleitungssystem (23) mit einem Gasprobensammler (22) verbunden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Spurengasprobennahme gemäß dem Oberbegriff des Anspru
ches 1.
Aufgrund mikrobiologischer Prozesse sind Böden, die
sehr heterogen zusammengesetzt sein können, eine we
sentliche Quelle für umwelt- und klimarelevante Spuren
gase in der Atmosphäre. Insbesondere landwirtschaftlich
und im Freiland gärtnerisch genutzte und intensiv ge
düngte Böden sind an Spurengasemissionen in die Atmo
sphäre beteiligt.
Die für die Spurengasemission verantwortlichen, boden
mikrobiologischen Aktivitäten weisen zusätzlich eine
hohe Varianz auf, so daß die Emission der Spurengase
eine extrem hohe zeitliche und laterale Variation auf
weisen.
Eine anerkannte und häufig genutzte Methode und Vor
richtung zur Bestimmung der Emission von Spurengasen
durch Böden ist die Anreicherung der Spurengase in ei
nem abgeschlossenen Luftvolumen durch Abdeckung einer
Bodenfläche mit einer geschlossenen Kammer und die Be
stimmung der Konzentrationszunahme der Spurengase in
dem eingeschlossenen Luftvolumen über der Bodenfläche
in Abhängigkeit von der Zeit der Abdeckung. Nach manu
eller Entnahme der Luftproben aus den Kammern vor Ort
und anschließenden Transport der Proben in Probegläs
chen ins Labor erfolgt die Bestimmung der Konzentration
der Spurengase über der zu untersuchenden Bodenfläche
durch Analyse der Luftproben im Labor beispielsweise
mittels Gaschromatographie.
Diese manuelle Bestimmung der Konzentration von Spuren
gasen erfordert einen sehr hohen personellen Aufwand.
Die zeitliche Auflösung ist sehr gering, in der Regel
eine Messung pro Woche und Parzelle. Aus diesem Grund
ist diese Vorrichtung und Verfahrensweise nicht sehr
geeignet für die Untersuchung von Spurengasemissionen,
die in der Regel eine hohe zeitliche Varianz besitzen.
Mobile Einrichtungen, wie sie z. B. aus der AT 307 107
für Gasspürsonden bekannt sind, sind aufgrund des
angesprochenen Zeitfaktors für den vorgesehenen Zweck
gänzlich ungeeignet.
Auch die direkte Kopplung von fest installierten auto
matischen Kammern auf der zu untersuchenden Bodenfläche
mit einer Gaschromatographieeinrichtung zur Online-
Analyse der gesammelten Luftproben in situ auf dem Feld
hat verschiedene Nachteile.
Die automatische In-situ-Feldanalytik ist sehr teuer
und aufgrund der festen Installation der automatischen
Kammern immer nur an einen bestimmten Ort gebunden.
Ein weiteres Problem bei der Messung von Spurengasemis
sionen mittels geschlossener Kammern ergibt sich aus
der Vegetation auf den zu untersuchenden Flächen. Be
zieht man die Vegetation in die Messung mit ein, so muß
die Geometrie der Kammern, insbesondere die Höhe, die
ser Vegetation angepaßt werden, so daß die damit über
wiegend sehr groß bzw. hoch dimensionierten Einrichtun
gen hohe Aufwendungen zur exakten Kontrolle der Tempe
ratur und der CO2-Konzentration in der Kammer erforder
lich machen. Dies hat neben dem erhöhten technischen
Aufwand den Nachteil, daß hohe Kammern eine Einbuße an
Meßempfindlichkeit bedingen.
Mit der DE 42 00 307 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung
der Flußdichte von Radon bekannt, das aus dem Erdboden
austritt, unter Benutzung einer auf den Boden aufge
setzten, geschlossenen Kammer. Die Probengasentnahme
erfolgt im Kreislauf, um eine ständige Messung ohne die
Entnahme größerer Luftmengen aus dem Probennahmeraum zu
ermöglichen. Der Kreislaufbetrieb ist zwar sehr vor
teilhaft, die vorerwähnten Probleme einer In-situ-
Messung oder der Berücksichtigung der Vegetation blei
ben jedoch bestehen.
Ebenfalls mit einer kontinuierlichen Messung arbeiten
sogenannte Insektenantennen zur Bestimmung komplexer
Duftstoffgemische unter Freilandbedingungen, siehe z.
B. DE 196 29 338 A1. Hier erfolgt die Messung jedoch in
der Atmosphäre über der zu messenden Vegetation. Die
beschriebenen Probleme einer geschlossenen Kammer über
dem Erdboden treten hier nicht auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Spurengase
enthaltende Luftproben von emittierenden Freilandflä
chen mit einer geschlossenen Kammer über einen längeren
Zeitraum repräsentativ und automatisch unter Ausschluß
von Vegetation und mit hoher Empfindlichkeit zu entneh
men und zu sammeln.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt
durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen dargestellt.
Aufgrund der hochfahrbaren und wieder absenkbaren Ab
deckhaube kann der Probennahmeraum von Zeit zu Zeit ge
öffnet werden. Das hat den Vorteil, daß der Gasaustritt
an einem einmal ausgewählten Probenareal über eine län
gere Zeit gemessen werden kann, indem durch Öffnen des
Probennahmeraumes nach einer Messung wieder ein Zustand
herbeigeführt werden kann, der weitestgehend den Bedin
gungen der umgebenden Feldfläche entspricht. Ein stän
dig geschlossener Probennahmeraum müßte dagegen von
Zeit zu Zeit auf der Feldfläche versetzt werden, da
sich die Meßbedingungen sonst durch Rückwirkung der
Meßatmosphäre im Probennahmeraum auf den zu messenden
Boden unter dem Probennahmeraum infolge des entstehen
den Treibhauseffektes und des erhöhten Luftdrucks im
Probennahmeraum ändern würden und kein korrektes Meßer
gebnis zu erzielen wäre.
Die Kombination mit an sich bekannten Gasprobensammlern
in Verbindung mit einer elektronischen Steuerung ermög
licht einen vollautomatischen Betrieb der Vorrichtung
bei einer repräsentativen Gasprobenentnahme über einen
längeren Zeitraum.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit hoher
Empfindlichkeit bei einem gleichzeitig hohen Signal-
Untergrund-Verhältnis.
Mittels des Einsatzes einer programmierbaren, elektro
nischen Steuereinheit, die die Funktion und das Zusam
menwirken der erfindungsgemäßen Probennahmekammer mit
einem an sich bekannten Gasprobensammler steuert, ist
vorteilhafterweise die Zeitsteuerung der Probennahme
sowie die Steuerung des gesamten Ablaufes mit Abdeckung
des Bodens, Probengewinnung und Aufbewahrung möglich.
Die Vorrichtung zur Spurengasprobennahme wird anhand einer Zeichnung beispielhaft
näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung
zur Spurengasprobennahme,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Probennah
mekammer,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht der Probennahme
kammer,
Fig. 4 eine Doppelnadel im Probengefäß in Detaildar
stellung und
Fig. 5 eine Gasdrosselanordnung mit Sammelleitung in
Detaildarstellung.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur
Spurengasprobennahme besteht im wesentlichen aus einer
Probenahmekammer 14, aus einem an sich bekannten
Gasprobensammler 22 und aus einer programmierbaren
Steuereinheit 15.
Gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 besitzt die Probenahmekammer 14
eine lange und flache Geometrie. Sie ist damit beson
ders günstig zwischen den Pflanzreihen plazierbar, so
daß die Einbeziehung von Vegetation bei der Probenahme
weitestgehend vermieden wird. Die Probenahmekammer 14
besteht im wesentlichen aus einem Gestell 2, einer
Transporteinrichtung 25, einer Abdeckhaube 8 und einem
Gasleitungssystem 23. Ein Basisrahmen 28 des Gestells
2 ist in die Bodenfläche einlaßbar. Der Basisrahmen 28
besitzt eine rechteckige, längliche Form. Auf dem Ba
sisrahmen 28 sind paarweise Vertikalelemente 29, 30 und
31 senkrecht angeordnet, die mittels Horizontalelemente
32, 33 und 34 verbunden sind. Von Vertikalelement 29
ausgehend bis zum Vertikalelement 30 und wiederum vom
Vertikalelement 30 ausgehend bis zum Vertikalelement 31
sind an beiden Seiten des Basisrahmens 28 jeweils paar
weise vier Führungsbahnen 9 befestigt. Der Verlauf der
Führungsbahnen 9 ist vom Vertikalelement 29 und 30 aus
gehend im oberen Bereich horizontal geführt und bildet
dann in Richtung der Vertikalelemente 30 und 31 in
Richtung Bodenfläche eine schiefe Ebene. Die Abdeckhau
be 8, an der Laufrollen 11 befestigt sind, wird in den
Führungsbahnen 9 geführt. Der Transport der Abdeckhaube
8 erfolgt über die Transporteinrichtung 25, die aus ei
nem Anschaltkasten mit Getriebemotor 1, einer Antriebs
rolle 10 und einer Laufrolle 12 besteht, zwischen denen
ein Seil 5 umlaufend angeordnet ist. Über den Getriebe
motor 1 und der Antriebsrolle 10 wird das umlaufende
Seil 5 bewegt. Die Abdeckhaube 8 ist über ein Schar
nierelement 7 mit dem Seil 5 verbunden. Mittels eines
Endlagenschalters 3, eines Schalttellers 4 und einem
Verbindungselement mit Seilspanner 6 wird ein ordnungs
gemäßer Transport der Abdeckhaube 8 über die Führungs
bahnen 9 von der Bodenfläche weg bzw. zur Bodenfläche
hin ermöglicht. Das Schanierelement 7 ermöglicht den
Höhenausgleich beim Transport der Abdeckhaube 8. Beim
Absenken der Abdeckhaube 8 in die Dichtrinne 13 des
Rahmens 27, die in der Regel ein fluides Medium wie
Wasser als Dichtmittel enthält, ist die Probenahmekam
mer 14 für die Probenahme bereit. Es ist nach dem Ab
setzen der Abdeckhaube 8 ein Probenentnahmeraum 35 ent
standen, der von der Bodenfläche, der Dichtrinne 13 und
der Abdeckhaube 8 begrenzt ist. Gase können jetzt nur
noch über die Bodenfläche in den Gasentnahmeraum 35
eintreten.
Ein in der Abdeckhaube 8 angeordnetes Haubenseptum 20
dient ggf. einer manuellen Probeentnahme. Ein weiterer
Gasaustausch mit der umliegenden Atmosphäre ist damit
ausgeschlossen.
Im Gasentnahmeraum 35 der Abdeckhaube 8 sind mehrere
Gasförderpunkte 21 angeordnet, die über ein Gaslei
tungssystem 23 mit einem Gasprobensammler 22 verbunden
sind. Die Rückführung des Gasstromes in den Probeent
nahmeraum 35 erfolgt über einen Gaseinlaß 36 (Fig. 1).
Die Beförderung des Gases erfolgt mit einer Pumpe 16.
Die über die Gasförderpunkte 21 entnommenen Gasproben
werden über Gasdrosseln 38, die einen Gaseingang 39 und
einen Gasausgang 40 aufweisen (Fig. 5), einer Sammelleitung 37
und weiter dem Gasleitungssystem 23 zugeführt (Fig. 1).
Dadurch wird die Entnahme von repräsentativen Proben
aus den Probeentnahmeraum 38 gewährleistet.
Der Gasprobensammler 22 enthält mehrere Probengefäße
18. Die Probengefäße 18 sind mit einem Gefäßseptum 19
verschlossen. Eine Doppelnadel 17 für das Zuführen und
Abführen von Gasproben, die durch das Gefäßseptum 19
eingeführt wird, ist mittels einer Hubvorrichtung 24
aus dem Gefäßseptum 19 herausziehbar und in das nächste
Probengefäß 18 einführbar.
Die Doppelnadel 17 besteht aus einer Innenkanüle 17a
und aus einer diese umhüllende Außenkanüle 17b (Fig.
4). Das aus dem Probeentnahmeraum 35 geförderte Gas
tritt in einen Eingang 41a der Innenkanüle 17a ein und
aus ihrer unteren Öffnung 41b wieder aus und füllt bzw.
durchspült damit das Probengefäß 18 mit dem Gas. Der
Gasstrom verläßt das Probengefäß über eine obere Öff
nung 42a und einen Ausgang 42b der Außenkanüle 17b. Auf
diese Weise wird ein definierter und repräsentativer
Anteil des Gasstroms im Probengefäß 18 gesammelt.
Das programmierbare Steuerteil 15 ist verantwortlich
für das Zusammenwirken des Aufsetzens und Abnehmens der
Abdeckhaube 8 mittels einer Transporteinrichtung 25,
der Entnahme von Gasproben mittels der Pumpe 16 und das
Überführen der Gasprobe mit der Pumpe 16 in die Proben
gefäße 18, wobei nacheinander das Füllen der Probenge
fäße 18 erfolgt.
Die Transporteinrichtung 25 bewegt nach entsprechenden
Programm die Abdeckhaube 8 über die zu untersuchende
Bodenfläche und setzt sie in der Dichtrinne 13 des Rah
mens 27 ab. Da die entnommene Gasprobe den Durch
schnittswert des in den Probeentnahmeraum 35 emittier
ten Gases repräsentieren soll, wird die Gasentnahme an
mehreren Punkten unter der Abdeckhaube 8 so vorgenom
men, daß an jedem Gasförderpunkt 21 die gleiche Gasmen
ge angesaugt wird. Im Zusammenwirken mit den Gasdros
seln 38 und der Sammelleitung 37 wird die Entnahme ei
ner repräsentativen Probe ermöglicht.
Der Ablauf einer Probenahme ist damit wie folgt:
Im Ruhezustand ist die Probenahmekammer 14 geöffnet,
daß heißt die Abdeckhaube 8 ist zurückgefahren. Wird am
Steuerteil 15 die eingestellte Zeit für die Probenahme
erreicht, fährt die Abdeckhaube 8 auf die Abdichtrinne
13. Unmittelbar nach dem Abdecken der Beprobungsfläche
wird die erste Probe, die Nullprobe, aus dem Probeent
nahmeraum 35 entnommen, indem die Pumpe 16 für fünf Mi
nuten einschaltet. Nach der Entnahme der Nullprobe wird
die Doppelnadel 17 aus dem Gefäßseptum 19 des ersten
Probengefäßes 18 gezogen, ein Sammlerkarussell 26
transportiert zum nächsten Probegefäß 18 und die Dop
pelnadel 17 sticht durch dessen Gefäßseptum 19, während
die Abdeckhaube 8 für eine bestimmte Zeit (z. B. eine
Stunde) die Beprobungsfläche abdeckt. Gegen Ende dieser
Zeit wird die Pumpe 16 wiederum für fünf Minuten in Be
trieb genommen, um die Probe nach einer Stunde Abdeck
zeit zu erhalten. Nach Ablauf der Abdeckzeit wird die
Abdeckhaube 8 wieder von der Beprobungsfläche herunter
gefahren, so daß auf der Beprobungsfläche vergleichbare
Umweltbedingungen wie auf der umgebenen Feldfläche
herrschen.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Spurengasprobennahme im Feldein
satz, bestehend aus einer Probennahmekammer (14),
die über ein im Kreislauf geführtes Gasleitungssy
stem (23) mit einem Gasprobensammler (22) verbunden
ist, und einer elektronischen Steuereinheit (15),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probennahmekammer (14) ein Gestell (2) mit einem Basisrahmen (28) sowie mit Horizontal- und Vertikalelementen aufweist, wobei an dem Gestell (2) Führungsbahnen (9) fixiert sind, auf denen eine in Längsrichtung des Gestells (2) bewegbar geführte und auf und/oder in die Bodenflä che absenkbare und wieder hochfahrbare Abdeckhaube (8) angeordnet ist,
daß innerhalb des Basisrahmens (28) des Gestells (2) eine auf die Bodenfläche aufsetzbare und/oder in diese einlaßbare, mit einem fluiden Medium füll bare Dichtrinne (13) angeordnet ist, in welche die Abdeckhaube (8) beim Absenken gasdicht einlaßbar ist und
daß ein von der Abdeckhaube (8) der Probenentnahme kammer (14) umschlossener Probenentnahmeraum (35) einerseits über einen Gaseinlaß (36) und anderer seits über Gasförderpunkte (21) mit dem Gasproben sammler (22) verbunden ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probennahmekammer (14) ein Gestell (2) mit einem Basisrahmen (28) sowie mit Horizontal- und Vertikalelementen aufweist, wobei an dem Gestell (2) Führungsbahnen (9) fixiert sind, auf denen eine in Längsrichtung des Gestells (2) bewegbar geführte und auf und/oder in die Bodenflä che absenkbare und wieder hochfahrbare Abdeckhaube (8) angeordnet ist,
daß innerhalb des Basisrahmens (28) des Gestells (2) eine auf die Bodenfläche aufsetzbare und/oder in diese einlaßbare, mit einem fluiden Medium füll bare Dichtrinne (13) angeordnet ist, in welche die Abdeckhaube (8) beim Absenken gasdicht einlaßbar ist und
daß ein von der Abdeckhaube (8) der Probenentnahme kammer (14) umschlossener Probenentnahmeraum (35) einerseits über einen Gaseinlaß (36) und anderer seits über Gasförderpunkte (21) mit dem Gasproben sammler (22) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gasleitungssystem (23) eine Pumpe (16) inte
griert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von den Gasförderpunkten (21) abgehenden
Gasleitungen in einer Sammelleitung (37) mit inte
grierten Gasdrosseln (38) zusammengefaßt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hubvorrichtung (24) des Gasprobensammlers
(22) mit einer in Probengefäße (18) einführbaren
Doppelnadel (17), die aus einer Außenkanüle (17b)
und einer in ihr axial angeordneten Innenkanüle
(17a) besteht, verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtrinne (13) einen Rahmen (27) aufweist,
der am Basisrahmen (28) des Gestelles (2) gehaltert
ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckhaube (8) mit einer am Gestell (2)
befestigten Transporteinrichtung (25) auf den Füh
rungsbahnen (9) horizontal und vertikal bewegbar
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsbahnen (9) mindestens teilweise als
schiefe Ebenen ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckhaube (8) Laufrollen (11) aufweist,
wobei jeder Führungsbahn (9) eine Laufrolle (11)
zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transporteinrichtung (25) für die Abdeck
haube (8) aus einem umlaufenden Seil (5) besteht,
das über eine mit einem Motor (1) verbundene An
triebsrolle (10) sowie eine Umlenkrolle (12) ge
führt ist, an dem die Abdeckhaube (8) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Transporteinrichtung (25) ein Schar
nierelement (7) für einen Höhenausgleich angeordnet
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transporteinrichtung (25) Endlagenschalter
(3) in funktionellem Zusammenwirken mit Schalttel
lern (4) aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998152859 DE19852859C2 (de) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Vorrichtung zur Spurengasprobennahme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998152859 DE19852859C2 (de) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Vorrichtung zur Spurengasprobennahme |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19852859A1 DE19852859A1 (de) | 2000-06-15 |
DE19852859C2 true DE19852859C2 (de) | 2000-11-02 |
Family
ID=7887995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998152859 Expired - Lifetime DE19852859C2 (de) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Vorrichtung zur Spurengasprobennahme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19852859C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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US6598458B1 (en) | 2002-01-18 | 2003-07-29 | Ut-Battelle, Llc | Automated soil gas monitoring chamber |
DE102011086997B3 (de) * | 2011-11-24 | 2013-01-03 | Karlsruher Institut Für Technologie (Kit) | Bodengasaustauschmesssystem |
CN109917082A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-21 | 北京金隅红树林环保技术有限责任公司 | 一种土壤修复过程中抽提污染气体在线监测系统及方法 |
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AT307107B (de) * | 1969-12-29 | 1973-05-10 | Hermann Sewerin Fa | Probenehmer für ein Flammenionisationsgerät |
DE4200307A1 (de) * | 1992-01-09 | 1993-07-15 | Heinz Dr Rer Nat Gast | Verfahren zur bestimmung der flussdichte von aus dem erdboden in die atmosphaere uebertretendem radongas |
DE19629338A1 (de) * | 1996-07-20 | 1998-01-29 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur Bestimmung von Duftstoffkonzentrationen in der Umgebungsluft mittels Elektroantennogrammen |
-
1998
- 1998-11-11 DE DE1998152859 patent/DE19852859C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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---|---|
DE19852859A1 (de) | 2000-06-15 |
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Legal Events
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