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Dokumentenidentifikation DE19722625C2 28.08.2003
Titel Vorrichtung zum Adsorbieren von adsorbierbaren organisch gebundenen Halogenen an einem Adsorptionsmittel
Anmelder ETG Entwicklungs- und Technologiegesellschaft mbH, 98693 Ilmenau, DE;
IDC Geräteentwicklungsgesellschaft mbH, 98704 Langewiesen, DE
Erfinder Geißler, Fred, Dipl.-Ing., 98708 Pennewitz, DE;
Gräßel, Herbert, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE;
Kathe, Ullrich, Dr.rer.nat., 98693 Ilmenau, DE;
Kochs, Bernhard, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE;
Lenk, Norbert, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE;
Lorenz, Hans-Uwe, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE;
Riegel, Wolf-Ulrich, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE;
Wäder, Ulrich, Dipl.-Ing. (FH), 98693 Ilmenau, DE;
Walther, Nils, Dipl.-Ing., 98693 Ilmenau, DE
DE-Anmeldedatum 30.05.1997
DE-Aktenzeichen 19722625
Offenlegungstag 03.12.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.08.2003
IPC-Hauptklasse G01N 30/00
IPC-Nebenklasse G01N 33/48   
IPC additional class // C02F 1/28,B01D 15/00  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Bestimmung adsorbierbarer organisch gebundener Halogene (AOX), insbesondere zum Adsorbieren von adsorbierbaren organisch gebundenen Halogenen in wäßrigen Proben an einem Adsorptionsmittel und gegebenenfalls zum anschließenden Desorbieren von anorganischen Halogenverbindungen von diesem Adsorptionsmittel nach der "Säulenmethode". Die AOX-Bestimmung wird u. a. in der Norm ISO 9562 determiniert.

Bei der Säulenmethode wird ein definiertes Volumen einer wäßrigen Probe nach Zusatz einiger probenabhängiger Zuschlagstoffe mit definierter Strömungsgeschwindigkeit durch zwei in Reihe geschaltete, mit Aktivkohle gefüllte Röhrchen geleitet. Währenddessen werden organische und anorganische Halogenverbindungen an der Aktivkohle adsorbiert. Anschließend werden die Kohleröhrchen zwecks Desorption der anorganischen Halogenverbindungen mit einer sauren Nitratlösung unter definierten Bedingungen gespült. Die Kohle der so vorbereiteten Röhrchen wird daraufhin einzeln in einem Ofen bei etwa 950°C oxidativ aufgeschlossen und die Verbrennungsprodukte danach analysiert.

Zusätzlich wird bei stark partikelhaltigen Lösungen, z. B. bei Abwasserproben, ein weiteres Röhrchen mit Filtermaterial, z. B. mit Keramikwatte, in Flußrichtung vor das erste Aktivkohleröhrchen geschaltet.

Beim Adsorptions- und Desorptionsschritt ist es aus Gründen der analytischen Wiederfindung erforderlich, die Probe- bzw. die Spüllösungen quantitativ durch die Aktivkohle- und Filterröhrchen zu leiten. Dies setzt verlustfreie Stoffströme und dichte Apparaturen voraus. In bekannten Vorrichtungen, die diesen Zweck erfüllen, müssen für jede einzelne Sorption sogenannte Filteradsorptionseinheiten vorbereitet werden. Dabei werden die Aktivkohle- und Filterröhrchen in analytisch reine, hohlzylindrische Aufnahmen eingesetzt, an deren Stirnseiten sich eleastische Dichtelemente befinden. Durch Kopplungsstücke können mehrere Aufnahmen und damit mehrere Aktivkohle- und Filterröhrchen seriell miteinander verbunden werden. Die hohlzylindrischen Aufnahmen werden danach mit den Kopplungsstücken verschraubt, wobei die inliegenden Röhrchen gegen die elastischen Dichtelemente gepreßt und dadurch abgedichtet (DE 41 12 239) werden.

Nun weisen aber derartige Filteradsorptionseinheiten mindestens drei Nachteile auf:

  • 1. Zeitaufwendiges Handling:

    Die Hohlzylinder sind wiederverwendbar, müssen jedoch nach Gebrauch bzw. jeder Analyse gereinigt werden.

    Die mit Kohle gefüllten Röhrchen müssen einzeln in die hohlzylindrischen Aufnahmen gelegt und verschraubt werden.

    Um nach den Sorptionsvorgängen wieder an die Röhrchen zu gelangen, müssen die hohlzylindrischen Aufnahmen erst wieder einzeln aufgeschraubt werden.
  • 2. Durch die erforderlichen hohlzylindrischen Aufnahmen besteht eine Kontaminationsgefahr an deren Innenwänden.
  • 3. Schraubbewegungen sind schwer zu automatisieren und erhöhen den Aufwand einer Robotlösung.

In U.S. Patent 4,869,117 wird ein Probenspeicher für Probenröhrchen mit gasförmigen Proben beschrieben, deren Stirnflächen in bestimmten Karussellpositionen ebenfalls dicht gekoppelt werden und in einer anderen Position aus dem Karussell gestoßen werden. Diese Probenröhrchen sind aber nicht hintereinander in Säulenkolonnen angeordnet und demzufolge auch nicht gegenseitig zueinander über eine axial einwirkende Kraft abgedichtet. Die Abdichtkraft dieser Anordnung wird auch nicht mit der gleichen Kraft erzeugt, die zum Durchpressen der Probe durch das Röhrchen benötigt wird. Außerdem werden diese Proben im Karussell über die gedichteten Koppelstellen zur Analyse transportiert, und am Ende des Prozesses nur ausgestoßen und nicht an einen Greifer übergeben der sie zu einem externen Analyseort transportiert, so daß es sich hinsichtlich der Anordnung um ein anderes Wirkprinzip handelt.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für die AOX-Säulentechnik eine einfach auszuführende Anordnung zur flüssigkeitsdichten Probendurchleitung durch die analytischen Säulen während des Adsorptions- und/oder Desorptionsschrittes zu schaffen, welche nur geringere Kontaminationsmöglichkeiten zeigt und die es außerdem erlaubt, mit einfach zu vereinzelnden und leicht entnehmbaren Probenbehältern zu funktionieren.

Die Erfindung basiert auf einer Anordnung zum Adsorbieren von, adsorbierbaren, organisch gebundenen Halogenen in wäßrigen Proben an einem Adsorptionsmittel und gegebenenfalls zum anschließenden Desorbieren von anorganischen Halogenverbindungen von diesem Adsorptionsmittel, bei der die Probe mit Hilfe einer Pumpvorrichtung über zwei oder drei in einer Achse angeordnete und mit Adsorptionsmittel, z. B. Aktivkohle gefüllte säulenförmige Behälter geleitet wird, wobei eine wasserdichte Verbindung von der Pump- oder Saugvorrichtung zum ersten Behälter einerseits und zwischen den Behältern andererseits durch elastische Dichtelemente realisierbar ist.

Erfindungsgemäß wird die wasserdichte Verbindung von der Pumpvorrichtung zum ersten Behälter einerseits und zwischen den Behältern andererseits, zeitgleich mit dem Adsorptionsvorgang oder/und mit dem Desorptionsvorgang in einer solchen Art durchgeführt, daß zu Beginn des Adsorptions- /Desorptionsvorganges eine zum Abdichten ausreichende Kraft auf die Behälter ausgeübt wird, die nach dem Adsorptions-/Desorptionsvorgang aufgehoben wird, wodurch eine Vereinzelung und Entnahme der Behälter ermöglicht wird.

Vorteilhaft bei dieser technischen Realisierung dieser Anordnung ist es, daß die Kraft, die zum Durchpressen der Probe- oder Spüllösungen durch die Aktivkohle erforderlich ist, gleichzeitig zum Abdichten der Röhrchen verwendet wird, daß also ein eigener Abdichtvorgang mit entsprechendem Arbeitsaufwand entfällt. Insbesondere ist zu bemerken, daß sich mit der Erhöhung der Durchpreßkraft der Probe durch die Aktivkohle (z. B. bei verschmutzten Probenlösungen prinzipbedingt gleichzeitig auch die Abdichtkraft für die Röhrchen erhöht.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zum Adsorbieren von adsorbierbaren, organisch gebundenen Halogenen in einer oder mehreren wäßrigen Proben, bei der jeder Probe zwei oder drei in einer Achse angeordnete, mit Aktivkohle gefüllte Behälter zugeordnet sind und bei der die Proben mit Hilfe einer Pumpvorrichtung über die Behälter geleitet werden, wobei eine wasserdichte Verbindungen von der Pumpvorrichtung zum ersten Behälter einerseits und zwischen den Behältern andererseits durch elastische Dichtelemente realisierbar ist.

Kennzeichen dieser Erfindung ist, daß die jeweils einer Probe zugeordneten säulenförmigen Behälter in zwei oder drei axial hintereinander angeordneten und in axialer Richtung beweglichen Aufnahmeelementen federnd gelagert und seitlich zur Achse entnehmbar angeordnet sind, wobei der unterste bzw letzte Behälter ein elastisches Endlager besitzt und wobei mittels eines in axialer Richtung wirkenden Drucküberträgers die elastischen Dichtelemente an den Planflächen der Behälter zur Anlage kommen.

Mit dieser technischen Lösung wird es im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erstmals möglich, mit wesentlich vereinfachten Mitteln, besonders ohne Verwendung von Schraubverbindungen die Probenbehälter nur zeitweise, nämlich während des Sorptionsvorganges, wasserdicht zu fixieren. Damit kann eine freie und automatisierte Entnahme der Probenbehälter unmittelbar im Anschluß an die Sorption realisiert werden.

In einer ersten Ausgestaltung ist als Drucküberträger die Pumpvorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung wird besonders vorteilhaft gestaltet, wenn als Pumpvorrichtung eine Spritzenpumpe vorgesehen ist und als Drucküberträger die mit Probe gefüllte Kolbenspritze.

In einer weiteren Ausgestaltung befindet sich sich axial oberhalb der Kolbenspritze ein motorisch betriebener Spritzenantrieb, der sowohl in der Lage ist, den Spritzenkolben nach unten als auch den Kolben nach oben zu bewegen. Die Abwärtsbewegung ist für die Adsorption an der Aktivkohle erforderlich. Während der Aufwärtsbewegung wird beispielsweise Süplflüssigkeit oder auch Luft in die entleerte Spritze eingesaugt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Einleitung von Spülflüssigkeit oder Luft in den Spritzenkolben erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß sich zwischen der Pumpvorrichtung und dem erstem säulenförmigen Behälter ein in axialer Richtung bewegliches, und in der Durchströmungsrichtung angeordnetes Mehrwege-Umschaltventil befindet, oberhalb bzw. vor dessen Eingang und unterhalb bzw. hinter dessen Ausgang Dichtelemente angeordnet sind, und an dessen zweitem Eingang über einen Schlauch Verbindung zu einem Desorptionsmittelgefäß besteht.

Erfindungsgemäß befinden sich außerdem an den Aufnahmeelementen für die säulenförmigen Behälter Federelemente, die die säulenförmigen Behälter in den Aufnahmeelementen höchstens von drei Seiten her fixieren. Diese Gestaltung ermöglicht es, die säulenförmigen Behälter aus den Aufnahmeelementen seitlich zu entnehmen, wenn die Adsorption abgeschlossen ist, und die Kolonne der säulenförmigen Behälter nicht mehr in axialer Richtung zusammengepreßt ist. Dies ist ein für die Automatisierung besonders wichtiger Aspekt.

Förderlich für die seitliche Entnahme der säulenförmigen Behälter ist insbesondere die Gestaltung der Stirnflächen der Aufnahmeelemente, die erfindungsgemäß so gelöst ist, daß sich dort Formelemente befinden, die die Dichtelemente im drucklosen Zustand axial auf Distanz von den säulenförmigen Behälter halten.

Von Vorteil für die Automatisierung der Adsorption/Desorption flüssiger Proben ist es, wenn jeder Probe eine separate Kolbenspritze zugeordnet ist und diese dann mehrfach vorhandenen Kolbenspritzen in einem drehbaren Karussell angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung befinden sich der Spritzenantrieb und das Mehrwegeumschaltventil nur einmal in einer festen Karussellposition, so daß die in Kolonnen zusammengestellten Spritzen und säulenförmigen Behältern kolonnenweise unter diese Position gebracht und abgearbeitet werden.

Nach dem jeweiligen Ende des Adsorptions-/Desorptionsvorganges ist es zu analytischen Zwecken erforderlich, die mit Aktivkohle gefüllten säulenförmigen Behälter einer Verbrennungseinheit zuzuführen. Dies ist erfindungsgemäß so gelöst, daß eine Positioniereinheit mit einem daran angelenkten motorisch betriebenen Greifer so angeordnet sind, daß der motorisch betriebene Greifer tangential im Karussell einzelne säulenförmige Behälter entnehmen kann.

Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand von vier Zeichnungen näher erläutert. Dargestellt sind:

Fig. 1 Eine Adsorptions-/Desorptionsvorrichtung in der Seitenansicht mit einem Aufnahmeelement in der Draufsicht und der Seitenansicht

Fig. 2 Eine Adsorptions-/Desorptionsvorrichtung in der Seitenansicht mit Ansaugventil für die Desorptionslösung

Fig. 3 Schematisierte Darstellung der Behälterüberführung mittels eines Greif- und Überführarmes in einen Analysator

Fig. 4 Ausführungsbeispiel einer Adsorptions-/Desorptionsvorrichtung in der Seitenansicht

Fig. 1 zeigt die axiale Anordnung einer mit Probenmaterial gefüllten Kolbenspritze 3, die in einem Magazin 15 geführt und gesichert ist, und einer Kolonne von drei mit Aktivkohle 1 gefüllten säulenförmigen Behältern 2a, 2b, 2c. Zwischen den genannten Behältern befinden sich elastische Dichtelemente 4 und unter dem untersten Behälter ein durch ein Gestell 18 unterstütztes elastisches Endlager 4a.

Der Kolben der Kolbenspritze 3 ist von einem Antrieb 7 axial sowohl nach unten als auch nach oben positionierbar. Das Magazin 15 sowie die säulenförmigen Behälter 2 und die elastischen Dichtelemente 4 sind gegenüber dem Gestell 18 ebenfalls axial verschiebbar.

Die säulenförmigen Behälter 2 sind in den Aufnahmeelementen 5 mit Hilfe von Federelementen 6 in einer Achse hintereinander liegend und in dieser Achse beweglich eingespannt. Aufgrund der gabelförmigen Geometrie der Aufnahmeelemente 5 sind die säulenförmigen Behälter in den Aufnahmeelementen seitlich entnehmbar.

Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 1. Zusätzlich befindet sich jedoch zwischen der Kolbenspritze 3 und der Anordnung, bestehend aus elastischen Dichtelementen, säulenförmigen Behältern und Aufnahmeelementen, ein Mehrwegeumschaltventil 8, das in das Abdichtsystem der Säule einbezogen ist. An den Stirnflächen der Aufnahmeelemente 5, sind Formelemente 9 angeordnet.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäß mögliche Anordnung ein drehbar gelagertes Karussell 10 dargestellt. Darin sind mehrere Spritzen und Pakete axial übereinander in Aufnahmeelementen angeordneter säulenförmiger Behälter enthalten. Über einer Position dieses Karussells befindet sich der Spritzenantrieb, in einer nächsten Position sind die säulenförmigen Behälter dann von einem Greifer 13 seitlich entnehmbar. Durch eine Positioniereinheit 11, im dargestellten Bild ein Schwenkarm, sind die säulenförmigen Behälter zu einer Verbrennungseinheit 12 überführbar.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Adsorptions-/Desorptionsvorrichtung in der Seitenansicht. Unterhalb eines axialen Antriebes 7 befindet sich ein Stempel mit lagegesteuertem Krallenpaar 16, der sowohl ein Eindrücken und Herausziehen des Spritzenkolben aus der Kolbenspritze 3 erlaubt. Alle anderen Elemente des Bildes sind bezüglich Ihrer Anordnung in Fig. 1 und 2 beschrieben.

Anhand von Fig. 4 soll der mögliche Bewegungsablauf beispielhaft erläutert werden, der mit der beschriebenen Vorrichtung realisierbar ist:

  • - In Phase A wird mit Hilfe eines Antriebes 7 der Stempel mit Krallenpaar 16 abwärts positioniert, solange bis dieser auf den Kolben der Kolbenspritze 3 aufsetzt.
  • - In der Phase B entstehen zwei weitere Bewegungen:
    • 1. Die Kolbenspritze 3 einschließlich Magazin 15 senken sich in der Führung des Gestells 18 nach unten, so daß das Magazin auf der oberen Dichtfläche des Umschaltventils 8 aufsetzt und dort abdichtet.
    • 2. Der Kolben beginnt, sich in der Spritze zu bewegen.
    • 3. In Phase C wird das im Gestell 18 geführte Umschaltventil 8 durch das fortwährende Wirken des Antriebs 7 ebenfalls nach unten bewegt, setzt auf dem oberen Dichtelement 4 auf und dichtet dort ab.
    • 4. In den Phasen D1 bis D3 werden die Dichtelemente gegen die säulenförmigen Behälter 2 gedrückt und an ihren Stirnflächen abgedichtet, der letzte säulenförmige Behälter kommt auf dem elastischen Endlager 4a zur Abdichtung.

Nachdem der letzte säulenförmige Behälter auf dem elastischen Endlager aufgesetzt hat, kann sich bei fortlaufendem Antrieb 7 jetzt nur noch der Kolben in der Kolbenspritze bewegen. Das Probenmaterial wird nun durch alle mit Aktivkohle gefüllten säulenförmigen Behälter gepreßt und verläßt anschließend als Abfall die Anordnung.

Immer dann, wenn der Widerstand der Aktivkohle gegenüber der durchzudrückenden Flüssigkeit besonders hoch wird, wird gleichzeitig prinzipbedingt die Kraftkomponente erhöht, die die Kraft zum Zusammenpressen der Säule darstellt.

Nach erfolgtem Durchpressen des Gesamtinhaltes der Kolbenspritze duch die säulenförmigen Behälter kehrt der Antrieb 7 seine Positionierrichtung um und zieht den Kolben wieder nach oben, gleichzeitig entspannt sich die Säule und die säulenförmigen Behälter stehen zur seitlichen Entnahme bereit.

Die Formelemente 9 bewirken, daß sich beim Wegfall der Anpreßkraft die elastischen Elemente 4 von den Planflächen 14 der säulenförmigen Behälter lösen und diese auf Distanz halten. Dadurch wirken in diesem Zustand keine Kräfte, die dem seitlichen Entnehmen der säulenförmigen Behälter störend entgegenwirken könnten.

Das Mehrwegeumschaltventil 8 ermöglicht aufgrund seiner unterschiedlichen Ventilstellungen verschiedene Flußrichtungen und Funktionen:

  • 1. Durchdrücken von Flüssigkeit aus der Spritze in die säulenförmigen Behälter beim Senken des Spritzenkolbens.
  • 2. Einsaugen von Luft in die Kolbenspritze beim Heben des Spritzenkolbens.
  • 3. Einsaugen von Desorptionslösung oder Probelösung in die Kolbenspritze beim Heben des Spritzenkolbens.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Adsorbieren von adsorbierbaren organisch gebundenen Halogenen in einer oder mehreren wäßrigen Proben, bei der jeder Probe zwei oder drei in einer Achse angeordnete, mit Aktivkohle (1) gefüllte säulenförmige Behälter (2) zugeordnet sind und bei der die Proben mit Hilfe einer Pumpvorrichtung (3) über die säulenförmigen Behälter (2) geleitet werden, wobei eine wasserdichte Verbindungen von der Pumpvorrichtung (3) zum ersten säulenförmigen Behälter (2a) einerseits und zwischen den säulenförmigen Behältern (2) andererseits durch elastische Dichtelemente (4) realisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer Probe zugeordneten säulenförmigen Behälter (2) in zwei oder drei axial hintereinander angeordneten und in axialer Richtung beweglichen Aufnahmeelementen (5) federnd gelagert und seitlich zur Achse entnehmbar angeordnet sind, wobei der unterste bzw letzte säulenförmige Behälter (2c) ein elastisches Endlager (4a) besitzt und wobei mittels eines in axialer Richtung wirkenden Drucküberträgers die elastischen Dichtelemente (4) an den Planflächen (14) der säulenförmigen Behälter (2) zur Anlage kommen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drucküberträger die Pumpvorrichtung (3) vorgesehen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drucküberträger eine wäßrige Probe oder ein Desorptionsmittel beinhaltende Kolbenspritze vorgesehen ist, welche oberhalb der säulenförmigen Behälter (2) in axialer Richtung angeordnet ist, wobei der Mantel dieser Kolbenspritze in axialer Richtung beweglich ist, und daß sich die Ausströmöffnung der Spritze oder ein daran angekoppeltes Element unmittelbar über dem Dichtelement des obersten bzw. ersten säulenförmigen Behälters (2a) befindet.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in axialer Richtung oberhalb der Kolbenspritze ein motorisch betriebener Spritzenantrieb (7) befindet.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Pumpvorrichtung (3) und erstem säulenförmigen Behälter (2a) ein ebenfalls in axialer Richtung bewegliches, und in der Durchströmungsrichtung angeordnetes Mehrwege-Umschaltventil (8) befindet, oberhalb bzw. vor dessen Eingang und unterhalb bzw. hinter dessen Ausgang Dichtelemente angeordnet sind, und an dessen zweitem Eingang über einen Schlauch Verbindung zu einem Desorptionsmittelgefäß besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (5) für die säulenförmigen Behälter (2) Federelemente (6) besitzen, die die säulenförmigen Behälter (2) in den Aufnahmeelementen (5) höchstens von drei Seiten her fixieren.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (5) an ihren Stirnflächen Formelemente (9) besitzen, die die Dichtelemente (4) im drucklosen Zustand axial auf Distanz von den säulenförmigen Behälter (2) halten.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nach Anspruch 3 mehrfach vorhanden ist und diese beispielsweise in einem drehbaren Karussell (10) angeordnet sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich Spritzenantrieb (7) und Mehrwege-Umschaltventil (8) in einer festen Karussellposition befinden.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine analytischen Zwecken dienende Verbrennungseinheit (12), eine der Positionierung zwischen genannter Vorrichtung und genannter Verbrennungseinheit dienende Positioniereinheit (11) und ein an der Positioniereinheit (11) angelenkter motorisch betriebener Greifer (13) in einer Art angeordnet sind, daß der Greifer (13) im Karussell stehende, einzelne Behälter (2) tangential entnehmen kann.






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