JP2008020397A - Nmr probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同調周波数を可変できるNMRプローブに関し、特に、共振回路を構成するインダクタンス、キャパシタンス等の同調素子を両面に配置した円盤型同調素子ブロックを組み込んだNMRプローブに関する。 The present invention relates to an NMR probe that can vary a tuning frequency, and more particularly to an NMR probe that incorporates a disk-type tuning element block in which tuning elements such as an inductance and a capacitance constituting a resonance circuit are arranged on both sides.
図1は、従来のNMR装置の主要部分を示したものである。多重共鳴用NMR装置200の測定においては、磁場補正装置6で制御された室温シム3で磁場ひずみを補正したマグネット2の静磁場内に、試料30を収容した試料管1をセットし、この試料30に静磁場強度に応じた周波数のRFパルスを照射してNMR現象を起こさせる。
FIG. 1 shows a main part of a conventional NMR apparatus. In the measurement by the multiple resonance NMR apparatus 200, the
その場合、RFパルスは、その試料30中の観測したい核種に応じて、発振器14からのパルス信号を複数の周波数バンド(図示例では3バンド;以下、3バンドで説明する)の中から選択し、それぞれ周波数f1に対応する電力増幅器13、周波数f2に対応する電力増幅器15、周波数f3に対応する電力増幅器16で増幅し、入出力を切り替えるデュプレクサ9を介して多重共鳴用NMRプローブ4に入力することにより、多重共鳴用NMRプローブ4からそれぞれ試料管1中の試料30に照射する。
In that case, as the RF pulse, a pulse signal from the oscillator 14 is selected from a plurality of frequency bands (in the illustrated example, 3 bands; hereinafter, described as 3 bands) according to the nuclide to be observed in the sample 30. The multiple
すると、試料30は、NMR現象により、その核種に固有の共鳴周波数のNMR信号を出力するので、そのNMR信号を多重共鳴用NMRプローブ4で捉える。
Then, because the sample 30 outputs an NMR signal having a resonance frequency specific to the nuclide due to the NMR phenomenon, the NMR signal is captured by the multiple
そのとき、試料30をある所定の温度で測定する必要がある場合は、多重共鳴用NMRプローブ4内の試料管1周辺の温度を、コンピュータ7で制御される温度可変装置5で可変制御するようになっている。
At that time, when it is necessary to measure the sample 30 at a predetermined temperature, the temperature around the
そして、多重共鳴用NMRプローブ4で捉えられたNMR信号をデュプレクサ9を介して増幅器10に送って増幅した後、復調検波器11でオーディオ周波数に変換し、更に、A/D変換器(ADC)12でデジタル信号に変換する。
Then, the NMR signal captured by the multiple
こうして、このデジタル信号をコンピュータ7に取り込み、コンピュータ7が信号を分析することにより、試料30が分析され、その分析結果が表示器8に表示されて、多重共鳴用NMR装置により物質の構造が調べられる。
In this way, the digital signal is taken into the
図2は、NMRプローブに組み込まれたRF共振回路を示したものである。左側の従来例1は不平衡型共振回路の例で、C1がチューニングのための同調容量素子、バリコン1がチューニングのための補助同調可変容量素子、バリコン2がマッチングのための整合用可変容量素子である。これらの同調整合部とサンプルコイル部との干渉を避けるため、サンプルコイル部は接地電位の導体製サポートによって同調整合部から電磁気的にシールドされている。そして、サポートに設けられた2つの小孔を介して、サンプルコイル部から2本の引き出し線が引き出され、うち1本は同調整合回路と接続され、もう1本はNMRプローブを取り囲む接地電位の導体製フレームに接続されている。この共振回路は不平衡回路のため、RF磁界の振幅はサンプルコイルの上端で最大となり、サンプルコイルの下端でゼロとなる。
FIG. 2 shows an RF resonant circuit incorporated in an NMR probe. Conventional example 1 on the left is an example of an unbalanced resonance circuit, where C1 is a tuning capacitive element for tuning,
一方、右側の従来例2は平衡型共振回路の例で、C1、C2がチューニングのための同調容量素子、バリコン1がチューニングのための補助同調可変容量素子、バリコン2がマッチングのための整合用可変容量素子である。これらの同調整合部とサンプルコイル部との干渉を避けるため、サンプルコイル部は接地電位の導体製サポートによって同調整合部から電磁気的にシールドされている。そして、サポートに設けられた2つの小孔を介して、サンプルコイル部から2本の引き出し線が引き出され、うち1本は同調整合回路と接続され、もう1本は同調容量素子C2を介してNMRプローブを取り囲む接地電位の導体製フレームに接続されている。この共振回路は平衡回路のため、RF磁界の振幅はサンプルコイルの上下端で最大となり、サンプルコイルの中心でゼロとなる。
On the other hand, Conventional Example 2 on the right is an example of a balanced resonance circuit, where C1 and C2 are tuning capacitance elements for tuning,
このようなRF共振回路において、同調範囲を広げるときは、C1ないしC2を取り外し、別のエレメント(例えば、容量の異なる容量素子やコイルのような誘導素子など)と交換する。この交換は、半田付けではなく、スティックと呼ばれる先端にエレメントを固定したシャフトを抜き差しして行なう(特許文献1、2)。
In such an RF resonance circuit, when expanding the tuning range, C1 and C2 are removed and replaced with another element (for example, a capacitive element having a different capacity or an inductive element such as a coil). This exchange is not performed by soldering, but is performed by inserting and removing a shaft called an “stick” on which the element is fixed (
図3〜4は、それを自動化できるように、マルチエレメント化したものである。このうち、図3に示したタイプの装置は、図2左側の従来例1のような不平衡型共振回路に適用されるもので、同調容量素子C1を別のエレメントと置き換えるのに用いられる。回転シャフト上に設けられた円盤状ディスクに置き換え用のエレメントが配置される。ディスクが回転することにより、エレメントがC1から別のエレメントへと置き換えられる。これにより、従来例1のような不平衡型共振回路の共振周波数をシフトさせ、同調範囲を広げる(特許文献3)。 3 to 4 are multi-elements so that they can be automated. Among these, the type of device shown in FIG. 3 is applied to an unbalanced resonance circuit such as Conventional Example 1 on the left side of FIG. 2, and is used to replace the tuning capacitor C1 with another element. A replacement element is disposed on a disk-shaped disk provided on the rotating shaft. As the disk rotates, the element is replaced from C1 to another element. As a result, the resonance frequency of the unbalanced resonance circuit as in Conventional Example 1 is shifted and the tuning range is expanded (Patent Document 3).
一方、図4に示したタイプの装置は、図2右側の従来例2のような平衡型共振回路に適用されるもので、同調容量素子C1、C2を対の形で別のエレメントと置き換えるのに用いられる。レール上に設けられた矩形状スライダーに置き換え用のエレメントが対の形で配置される。スライダーが摺動することにより、エレメントがC1、C2のペアから別のエレメントのペアへと置き換えられる。これにより、従来例2のような平衡型共振回路の共振周波数をシフトさせ、同調範囲を広げる。 On the other hand, the apparatus of the type shown in FIG. 4 is applied to a balanced resonance circuit as in Conventional Example 2 on the right side of FIG. 2, and the tuning capacitors C1 and C2 are replaced with other elements in pairs. Used for. Replacement elements are arranged in pairs in a rectangular slider provided on the rail. As the slider slides, the element is replaced from a pair of C1 and C2 to another pair of elements. This shifts the resonance frequency of the balanced resonance circuit as in Conventional Example 2 and widens the tuning range.
尚、これらのエレメントは、エレメント間で放電などが起きないように、十分な間隔を置いて配置されている。 These elements are arranged at a sufficient interval so that no discharge or the like occurs between the elements.
このようなマルチエレメント切り替え方式のNMRプローブの問題点は、サンプルコイルのホット端子(接地から浮いている端子)1つにつき、1つのリアクタンス・エレメントを接続することしかできなかったことである。そのため、仮に10pF、20pF、30pFという3つのエレメントがあった場合に、従来のマルチエレメント切換装置では、10pF、20pF、30pFという3通りの選択しかできなかった。 The problem with such a multi-element switching type NMR probe is that only one reactance element could be connected to each hot terminal (terminal floating from the ground) of the sample coil. Therefore, if there are three elements of 10 pF, 20 pF, and 30 pF, the conventional multi-element switching device can only select three types of 10 pF, 20 pF, and 30 pF.
しかしながら、10pF、20pF、30pFという3種類のエレメントがあれば、それらから40pF、50pF、60pFという合成容量を作り出し、それらを選択することも理論上は可能なはずである。もし、その選択が実現されれば、これまでの周波数下限の1/√2倍の周波数まで、サンプルコイルの周波数帯域を下げることが可能になる。 However, if there are three types of elements of 10 pF, 20 pF, and 30 pF, it should be theoretically possible to create a synthetic capacity of 40 pF, 50 pF, and 60 pF from them and select them. If the selection is realized, the frequency band of the sample coil can be lowered to a frequency that is 1 / √2 times the lower frequency limit so far.
本発明の目的は、上述した点に鑑み、設置されているエレメントの種類を大幅に超える種類のエレメントを提供できるマルチエレメント方式の切り替え機構を備えたNMRプローブを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an NMR probe provided with a multi-element switching mechanism capable of providing a type of element that greatly exceeds the type of installed element.
この目的を達成するため、本発明にかかるNMRプローブは、
NMRプローブ本体内に支持され、非磁性体でできた支持体表面に複数の同調素子を配置して構成した盤状ディスクと、
前記同調素子をNMRプローブ本体内に組み込まれたサンプルコイル、または、該サンプルコイルから引き出された引き出し線と選択的に接触させる接触手段と、
前記盤状ディスクまたは接触手段を回転させる回転駆動手段と
を備え、
前記接触手段は、複数の同調素子の中から任意の組み合わせで単数または複数の同調素子を同時に選択できるようにしたことを特徴としている。
In order to achieve this object, the NMR probe according to the present invention comprises:
A disk-shaped disk that is supported in the NMR probe body and is configured by arranging a plurality of tuning elements on the surface of the support made of a non-magnetic material,
Contact means for selectively bringing the tuning element into contact with a sample coil incorporated in the NMR probe body or a lead wire drawn from the sample coil;
Rotation drive means for rotating the disk-like disk or contact means,
The contact means is characterized in that one or a plurality of tuning elements can be simultaneously selected in any combination from a plurality of tuning elements.
また、前記盤状ディスクまたは接触手段を回転させる回転駆動手段に、ロータリーエンコーダを接続することにより、接触位置の再現性を得るようにしたことを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that the reproducibility of the contact position is obtained by connecting a rotary encoder to the disk drive disk or the rotation drive means for rotating the contact means.
また、前記盤状ディスクは、シールドされた導体ケースの中に収納されていることを特徴としている。 The disk-shaped disc is housed in a shielded conductor case.
また、前記シールドされた導体ケースは、接地電位に保たれていることを特徴としている。 In addition, the shielded conductor case is maintained at a ground potential.
また、前記盤状ディスクまたは接触手段は、金めっきしたリン青銅や非磁性真鍮などの非磁性金属で作られていることを特徴としている。 The disk-shaped disk or the contact means is made of a nonmagnetic metal such as gold-plated phosphor bronze or nonmagnetic brass.
また、前記盤状ディスクまたは接触手段の金めっきの下地には、ニッケルめっきなどの磁性体金属めっきを施さないことを特徴としている。 Further, it is characterized in that magnetic metal plating such as nickel plating is not applied to the base of the plate-shaped disk or the gold plating of the contact means.
本発明のNMRプローブによれば、
NMRプローブ本体内に支持され、非磁性体でできた支持体表面に複数の同調素子を配置して構成した盤状ディスクと、
前記同調素子をNMRプローブ本体内に組み込まれたサンプルコイル、または、該サンプルコイルから引き出された引き出し線と選択的に接触させる接触手段と、
前記盤状ディスクまたは接触手段を回転させる回転駆動手段と
を備え、
前記接触手段は、複数の同調素子の中から任意の組み合わせで単数または複数の同調素子を同時に選択できるようにしたので、
設置されているエレメントの種類を大幅に超える種類のエレメントを提供できるマルチエレメント方式の切り替え機構を備えたNMRプローブを提供することが可能になった。
According to the NMR probe of the present invention,
A disk-shaped disk that is supported in the NMR probe body and is configured by arranging a plurality of tuning elements on the surface of the support made of a non-magnetic material,
Contact means for selectively bringing the tuning element into contact with a sample coil incorporated in the NMR probe body or a lead wire drawn from the sample coil;
Rotation drive means for rotating the disk-like disk or contact means,
Since the contact means can simultaneously select one or a plurality of tuning elements in any combination from a plurality of tuning elements,
It has become possible to provide an NMR probe equipped with a multi-element switching mechanism that can provide a type of element that greatly exceeds the type of installed element.
以下、図面に基づいて、本発明の実施例について説明する。図5は、本発明にかかるNMRプローブを説明した図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram illustrating an NMR probe according to the present invention.
サンプルコイル40からの2本の引き出し線41は、サンプルコイル40と同調整合部42との間を電磁気的にシールドする導体製のサポート43を貫通して、サンプルコイル20側から同調整合部42側に引き出される。引き出し線41は、サポート43と短絡しないように、ガラス製の図示しないブッシュなどで絶縁されている。
The two lead wires 41 from the
2本の引き出し線41は、本発明の核心部分であるエレメント切り替えボックス44に引き込まれ、NMRプローブの同調周波数に応じたエレメントを選択して接続できるような構成を取っている。また、エレメント切り替えボックス44のケースには、非磁性導体製のシールド容器が採用される。このケースは、NMRプローブの図示しない接地電位のフレームに接続され、常に接地電位を保つ。 The two lead wires 41 are drawn into an element switching box 44, which is the core of the present invention, and are configured so that elements corresponding to the tuning frequency of the NMR probe can be selected and connected. Further, a shield container made of a non-magnetic conductor is employed for the case of the element switching box 44. This case is connected to a ground potential frame (not shown) of the NMR probe and always maintains the ground potential.
引き出し線41の片方は、補助同調可変容量素子としてのバリコン1、整合用可変容量素子としてのバリコン2とも接続され、図示しない外部伝送路とサンプルコイル40との同調整合を調整している。バリコン1は、電極の一端が接地されている。それに対して、バリコン2は、電極が接地電位から浮いたホット状態を保っている。
One of the lead wires 41 is also connected to a
図6は、エレメント切り替えボックス44の中に収められているエレメントの内容を示したものである。エレメント切り替えボックス44の中には、複数の容量素子が納められており、これらのエレメントを回転機構により切り替える。切り替えるに当たっては、単に1個1個のエレメントを選択できるようにするだけでなく、複数個のエレメントの中から任意の組み合わせで複数個のエレメントを選択できるように構成する。 FIG. 6 shows the contents of the elements stored in the element switching box 44. A plurality of capacitive elements are housed in the element switching box 44, and these elements are switched by a rotating mechanism. In switching, not only can each element be selected, but a plurality of elements can be selected in any combination from a plurality of elements.
エレメントを選択する接触子は、図7にしめすような扇状の金属片で構成され、その中心角には、0°、90°、180°、270°の4種類がある。中心角0°の金属片は、エレメント1個だけに接触する。中心角90°の金属片は、エレメント2個に接触する。中心角180°の金属片は、エレメント3個に接触する。中心角270°の金属片は、エレメント4個すべてに接触する。これらの接触は、エレメントの並列接続に相当する。 A contact for selecting an element is composed of a fan-shaped metal piece as shown in FIG. 7, and there are four types of central angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °. A piece of metal with a central angle of 0 ° contacts only one element. A piece of metal with a central angle of 90 ° contacts the two elements. A metal piece with a central angle of 180 ° contacts three elements. A piece of metal with a central angle of 270 ° contacts all four elements. These contacts correspond to the parallel connection of the elements.
接触子は、好ましくは、リン青銅または非磁性真鍮によって作られる。表面には金めっきを施すが、静磁場への影響を避けるため、金めっきの下地には、ニッケルめっきなど、磁性体金属のめっきは施さない。 The contact is preferably made of phosphor bronze or non-magnetic brass. Although gold plating is applied to the surface, magnetic metal plating such as nickel plating is not applied to the base of the gold plating in order to avoid the influence on the static magnetic field.
このような接触子が回転を伴いながら図8のようにしてエレメントを選択することにより、A、B、C、Dの4個のエレメントから、A、B、C、D、A+B、A+D、B+C、C+D、A+B+C、A+B+D、A+C+D、B+C+D、A+B+C+Dの13通りのエレメントを選択することが可能になる。 By selecting an element as shown in FIG. 8 while such a contactor is rotated, the four elements A, B, C, D, A, B, C, D, A + B, A + D, B + C are selected. , C + D, A + B + C, A + B + D, A + C + D, B + C + D, and A + B + C + D can be selected.
図8の例は、盤状ディスク上に4個の異なるエレメントが配置されている場合であるが、本発明はそれに限られない。例えば、図9に示すように、エレメントが2個の場合(配置角180°の場合)は3通り、3個の場合(配置角120°の場合)は7通り、5個の場合(配置角72°の場合)は21通り、6個の場合(配置角60°の場合)は31通りの選択が可能である。 The example of FIG. 8 is a case where four different elements are arranged on a disk-shaped disc, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, when there are two elements (when the arrangement angle is 180 °), there are three ways, when there are three elements (when the arrangement angle is 120 °), seven ways and when there are five (placement angle). In the case of 72 °, it is possible to select 21 ways, and in the case of 6 pieces (when the arrangement angle is 60 °), 31 ways can be selected.
エレメントを選択する接触子(回転子)45は、図10のように、プラスチック製のホルダ46に格納されている。そして、格納されているホルダ46から自動的に接触子45を選んで取り出し、図示しないロータリー・エンコーダを備えた位置再現性を有する回転機構の回転軸に、ラチェット機構によって取り付けるように構成されている。尚、ラチェット機構を含む部品は接地されており、高周波回路としての動作は保証されている。
A contact (rotor) 45 for selecting an element is stored in a
取り付けられた接触子は、図11に示すように、セクションi(1、2、3、4の4通り)と角度φ(0°、90°、180°、270°の4通り)の2つのパラメータによって制御され、所望のエレメントを選択できるように、ロータリー・エンコーダを備えた位置再現性を有する回転機構の回転により駆動される。NMRの測定条件が変わる毎に、接触子は図示しない自動交換装置によって交換され、必要に応じて回転機構の回転軸に別の接触子と付け替えられる。 As shown in FIG. 11, there are two attached contacts, section i (four ways of 1, 2, 3, 4) and angle φ (four ways of 0 °, 90 °, 180 °, 270 °). It is driven by the rotation of a rotary mechanism having a position repeatability with a rotary encoder so that a desired element can be selected, controlled by parameters. Each time the NMR measurement conditions change, the contact is exchanged by an automatic exchange device (not shown), and is replaced with another contact on the rotating shaft of the rotating mechanism as necessary.
こうして、N個のエレメントを盤状ディスク上に等間隔(360°/N)に割り振って、複数のエレメントを選択できるようにしたので、これまでにない広い範囲の周波数設定が可能になった。 In this way, N elements are allocated on a disk-like disk at equal intervals (360 ° / N) so that a plurality of elements can be selected, so that it is possible to set a wider range of frequencies than ever before.
尚、上記実施例では、エレメントを角度の均等割りで盤状ディスク上に配置したが、これは必ずしも均等割りである必要はない。 In the above-described embodiment, the elements are arranged on the disk-shaped disk with the angle equally divided, but this need not necessarily be equally divided.
また、接触子の形状は、必ずしも扇状である必要はない。例えば図12の(ア)に示すように、矩形の板を組み合わせた形状としたもの、(イ)に示すように、隣り合わない対向する位置のエレメントの組み合わせを選択できるようにしたもの、(ウ)に示すように、6個割りにして、隣り合わない位置のエレメントの組み合わせを選択できるようにしたもの、などの変形も可能である。 Moreover, the shape of a contact does not necessarily need to be a fan shape. For example, as shown in FIG. 12A, a combination of rectangular plates is used, as shown in FIG. 12A, a combination of elements at opposite positions that are not adjacent to each other can be selected, As shown in (c), it is possible to modify the structure by dividing the element into six so that a combination of elements at positions not adjacent to each other can be selected.
また、接触子側を固定して、盤状ディスク側を回転させても良い。その場合、盤状ディスクの回転軸方向は、回転時の渦電流の発生による静磁場の乱れを回避するために、NMRプローブに印加される静磁場軸とほぼ直交していることが望ましい。もし、回転軸方向がNMRプローブに印加される静磁場軸方向の方向成分を有している場合は、盤状ディスク表面に、周方向に対して交差する向きの溝部を設け、渦電流を遮断させる工夫が必要である。その場合、盤状ディスクの回転時にNMRロックをホールドし、その時間帯だけシム操作を中断し、古いシム情報を保持しても良い。 Alternatively, the contact side may be fixed and the disk-shaped disk side may be rotated. In that case, it is desirable that the rotation axis direction of the disk-shaped disk is substantially orthogonal to the static magnetic field axis applied to the NMR probe in order to avoid disturbance of the static magnetic field due to generation of eddy current during rotation. If the rotational axis direction has a direction component in the direction of the static magnetic field axis applied to the NMR probe, a groove portion that intersects the circumferential direction is provided on the disk-shaped disk surface to block eddy currents. It is necessary to devise it. In that case, the NMR lock may be held at the time of rotation of the disk-shaped disk, the shim operation may be interrupted only during that time period, and the old shim information may be held.
そうすることにより、従来からあった駆動時の磁場の揺らぎ、ロックの揺らぎが軽減され、測定上の安定度が増すとともに、この揺らぎ時間を無視できるので、待ち時間がいらず、スループットが向上する。 By doing so, the conventional magnetic field fluctuation and lock fluctuation at the time of driving are reduced, the measurement stability is increased, and this fluctuation time can be ignored, so there is no waiting time and the throughput is improved. .
また、上記実施例では、エレメントとして容量素子のみを例に上げたが、容量素子以外に誘導素子(コイル)なども、その対象となるものである。 In the above-described embodiment, only the capacitive element is taken as an example as an element. However, inductive elements (coils) other than the capacitive element are also targeted.
また、上記実施例では、盤状ディスクをホット側(接地から浮いている側)、接触子を接地側としたが、これは逆であっても良い。 In the above embodiment, the disk-shaped disk is the hot side (the side floating from the ground) and the contact is the ground side, but this may be reversed.
NMRプローブに広く利用できる。 Can be widely used for NMR probes.
1:試料管、2:マグネット、3:室温シム、4:NMRプローブ、5:温度可変装置、6:磁場補正装置、7:コンピュータ、8:表示機、9:デュプレクサ、10:増幅器、11:復調検波器、12:ADC、13:電力増幅器、14:発振器、15:電力増幅器、16:電力増幅器、30:試料、40:サンプルコイル、41:引き出し線、42:同調整合部、43:サポート、44:エレメント切り替えボックス、45:接触子、46:ホルダ、200:多重共鳴NMR装置 1: Sample tube, 2: Magnet, 3: Room temperature shim, 4: NMR probe, 5: Temperature variable device, 6: Magnetic field correction device, 7: Computer, 8: Display, 9: Duplexer, 10: Amplifier, 11: Demodulator, 12: ADC, 13: Power amplifier, 14: Oscillator, 15: Power amplifier, 16: Power amplifier, 30: Sample, 40: Sample coil, 41: Lead wire, 42: Tuning and matching unit, 43: Support 44: Element switching box, 45: Contact, 46: Holder, 200: Multiple resonance NMR apparatus
Claims (6)
前記同調素子をNMRプローブ本体内に組み込まれたサンプルコイル、または、該サンプルコイルから引き出された引き出し線と選択的に接触させる接触手段と、
前記盤状ディスクまたは接触手段を回転させる回転駆動手段と
を備え、
前記接触手段は、複数の同調素子の中から任意の組み合わせで単数または複数の同調素子を同時に選択できるようにしたことを特徴とするNMRプローブ。 A disk-shaped disk that is supported in the NMR probe body and is configured by arranging a plurality of tuning elements on the surface of the support made of a non-magnetic material,
Contact means for selectively bringing the tuning element into contact with a sample coil incorporated in the NMR probe body or a lead wire drawn from the sample coil;
Rotation drive means for rotating the disk-like disk or contact means,
An NMR probe characterized in that the contact means can simultaneously select one or a plurality of tuning elements in any combination from a plurality of tuning elements.
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