CeldaElectroquimica MedicinaLegal 20170515 - …rcm.gov.co/images/2017/JhonSnaider.pdf · Informe de sustancias interferentes • 1999 estudio hecho para el “National Safety Council”,

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Intoximeters, Inc.Experiencia • Servicio • Integridad

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Intoximeters, Inc. • El Fabricante de alcoholimetría mas antigua del mundo – Líder mundial

• Experiencia en el diseño y la fabricación de todas las tecnologías de alcoholimetría

• Se especializa en la celda electroquímica• Alcoholímetros – Único producto que fabricamos• Vendimos en mas de 90 países mundial• Ubicada en St. Louis, Missouri

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Los temas de la celda electroquímica• Teoría de la operación• El procesamiento del señal:

– Análisis del “Punto máximo”– “La integración”

• Tiempos de recuperación• Substancias Interferentes• La Vida Útil• Linealidad• Rango de medición• Detección de alcohol en la boca• Las ventajas / desventajas

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Definición• Un dispositivo que oxida a un combustible y convierte la energía que produce a la energía eléctrica

Confidential Copyright©20144

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Diagrama de la celda electroquímico

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Capa del platino negro

Alambres de platino

Carcasa de plástico

La tapa de la carcasa Disco de plástico poroso

Solución de electrolito


La celda electroquímica de alcohol• Un disco poroso de plástico,

saturado con un electrolito acidioso

• El electrolito es elegido basado en su especificidad al alcohol

• Los dos superficies son cubiertos con platino negro

• Los alambres de platino tienen contacto con el superficie

• Todo alojado en una carcasa de plástico



La celda electroquímica del Alco‐Sensor IV


El platino y el platino negro

• Metal precioso• Buen conductor• Resistente a la oxidación• Platino negro

– Área de superficie enorme

– Propiedades catalíticos

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La teoría de operación

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Acido acético

O2

Alcohol

e- e- e- e- e-e- e- e- e-

H+H+

H2O + + + + + + + + + + + +

Carga

La muestra de aliento


La reacción química

• Se genera una señal eléctrica que es proporcional a la cantidad de alcohol en la muestra

• Se indica digitalmente en el Alco‐Sensor


• Cuando se otorga una muestra que contiene alcohol:

– Una reacción química ocurre cuando el alcohol se oxida

– Esta oxidación convierte el alcohol en acido acético y libera electrones

– De ahí el nombre oxidación electroquímica

– La corriente eléctrica que resulta es convertida en BrAC y es desplegada digitalmente en la pantalla del Alco‐Sensor

Metodología – La celda electroquímica


• A mayor cantidad de alcohol en la muestra de aliento, mas electrones son liberados y una lectura mas elevada de BrAC

• Si no hay presencia de alcohol en la muestra de aliento, no ocurrirá una reacción química, no se liberan electrones y el resultado desplegado es de .000.

13 13

Metodología– Oxidación electroquímica


Las características de la celda electroquímica• Hay una correlación directa entre el combustible de entrada a la cantidad de energía producida

• La reacción es lineal

• Especifico al tipo de combustible

– El tipo de electrolito y su estructura lo hacen especifico al combustible

• Algunas utilizan electrolitos básicos, otras utilizan electrolitos ácidos

Confidential 14


LIMPIEZA de la celda electroquímica

– 5 seg. a 1 min. entre pruebas

– En mayores concentraciones podrá tomar mas tiempo

– La edad de la celda puede afectar su rapidez

– La “prueba en blanco” asegura que la celda estè limpia antes de realizar la próxima muestra

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El punto máximo vs. la integración

La altura máxima el valor El área bajo de la

curva valor

Análisis del punto máximo

Análisis de la integración

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Análisis del punto mas alto: El efecto de la fatiga

• 10 pruebas: una prueba cada 3 minutos

Confidenti

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Prueba 1= 0.400

Prueba 2=0.396

Prueba10=0.370


La integración vence la fatiga

Voltaje máximo

2 sec

Prueba 1 – Integral= 0.1009

Prueba 10 – Integral = 0.1004

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Ventajas del análisis de integraciónFue una mejora importante comparado con el método del punto mas alto

• Provee mayor repetitividad en aplicaciones de uso continuo

• Mayor estabilidad del sensor – mantiene la calibración por periodos mas extendidos

• Excelente linealidad al respecto a la concentración de la muestra

• Extiende la vida útil de la celda19


Sustancias interferentes

• La celda es diseñado para la especificidad al alcohol

• Alcoholes únicamente de pesa molecular baja– Principalmente etanol– Alguna sensibilidad a los alcoholes isopropílico y metílico

– Butanol tiene 4 carbones‐ practicamente no hay sensibilidad (C=12 amu, H=1, O=16)

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¿Que hay de la acetona?

• No hay sensibilidad a la acetona en la celda electroquímica.

• ¿Cuales son los sustancias interferentes para las celdas electroquímicas?

• Vea las graficas:


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Informe de sustancias interferentes

• 1999 estudio hecho para el “National Safety Council”, Dr. Dubowski and Patrick Harding (publicado nuevamente in 2010)

• Para una sustancia que no contiene etanol provoca una respuesta significativa en un instrumento, tiene que:

1. Ser un compuesto orgánico, volátil capaz de aparecer en el aliento de un ser humano que es vivo y consciente.2. Estar presente en una concentración suficiente para registrar en el instrumento después de un periodo de observación de 15 a 20 min. antes de realizar la prueba. 3. Ser capaz de producir una lectura en el instrumento que es indistinguible del etanol.

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La vida útil • ¿Que es “uso normal”?

• ¿Cuantas pruebas cada día/semana/año?

• El fabricante

• El ambiente



El cuidado y la alimentación• A las celdas electroquímicas “les gusta” estar utilizados regularmente

• La humidad del aliento extiende su vida útil

• Evitar el humo, contaminantes y el almacenamiento en las temperaturas extremas

• No utilice el enjuague bucal o medicina de tos para simular un positivo

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• Las celdas electroquímicas son inherente linear en su medición.

• Solo se requiere un ajuste de solo un punto

• Se mide con precisión y exactitud por todo el rango de medición

• Lo hace el mantenimiento relativamente sencillo y menos costoso

• Se puede ver alguna desviación en los rangos superiores (> 500 mg/100mL)

Linealidad

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La celda electroquímica: respuesta lineal

0 10

400 mg/100mL

MAX 205 30


El sujeto sopla 80


Escala completa

100 200 300 400

Punto de calibración


• OIML R‐126: 2012: 0.00 – 2.00 mg/L

– 000. – 420. mg/100mL

– Con notificación de un resultado sobre rango

• Restringir el rango a las concentraciones de mayor importancia legal

• La mas restringida es el rango, le dará mayor resolución de medición en las concentraciones menores

• Se ajuste con software

Rango de medición


• OIML R‐126:2012 ‐ Anexa A indica tres opciones referente a la celda electroquímica:– A.2.1, o A.2.2:

• Secuencia de 2 pruebas distintas; cada prueba corresponde a una exhalación; separadas por un mínimo de 2 min.

• 6.3: Requiere una “operación de chequeo” antes de cada medición

– A.3: No realizar la primera prueba por un periodo de no menos de 15 min.

La detección del alcohol bucal

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Ventajas

• Alto grado de precisión• Especialmente a las concentraciones bajas• Especifico al alcohol ‐ Respuesta limitada a las sustancias interferentes

• Medición lineal: permite ajustes de solo un punto• Sencillo de usar y mantener• Funciona en un rango amplio de temperatura• Requiere menor alimentación eléctrica para operar• Portátil• Costo menor de adquirir y mantener a través del tiempo


Consideraciones

• No monitorea la variación continua de etanol en el aliento a través de la totalidad de la exhalación

• Para identificar de la posible influencia del alcohol bucal, hay que utilizar un protocolo de 2 pruebas


La técnica de calibración y control de calidad de los alco‐sensores

con el gas seco

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Los temas de la calibración• Control de calidad básica:

– Verificación de exactitud (Calibración)– Ajuste de calibración

• Las tolerancias de aprobar/fallar (EMP’s)• Los estándares de gas seco

– La compensación por la presión atmosférica– La compensación de humidad / seco– La trazabilidad

• Mejores Practicas

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1. Verificar (Calibrar):– Si el equipo está entregando resultados dentro de los Errores Máximos Permisibles (EMP’s)

2. Ajustar– Si el resultado de la verificación está afuera de los EMP’s, hay que “ajustar” el equipo para que mide dentro de los EMP’s nuevamente

3. Verificar que el equipo “aceptó” el ajuste y está midiendo dentro de los EMP’s

El control de calidad básica

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Mas sobre la verificación de exactitud

• La verificación de exactitud es una prueba para verificar que el instrumento es capaz de medir alcohol dentro de la tolerancia deseada

• Incluye el introducir de una muestra de una concentración de alcohol conocida y verificando el resultado del instrumento

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Tolerancia: aprobar/fallar

• ¿Que significa ser exacto?

• ¿Que significa ser preciso?

• ¿Que está permitida para que sea valida una verificación de exactitud?



PRECISION & EXACTITUD

xx

x

x x

x xx

x

x

x

Exactitud = Dar en el objetivo

Precision = De forma Repetitiva


Precisión y exactitud

95.0

100

96.097.098.099.0

101

105

104

103102

X

X

X

X

X

X

+/- 5 mg/100mL

X

X


Tolerancia‐aprobar/fallarUS DOT:

+/‐ 5.0 mg/100mL o 5% de la concentración medida‐ lo cual sea mayor

OIML R‐126:2012:1. Verf. Inicial:

+/‐ 4.0 mg/100mL o 5% de la concentración medida – lo cual sea mayor

2. Verf. periódica:+/‐ 6.0 mg/100mL o 7.5% de la concentración medida – lo cual sea mayor


Tolerancia‐aprobar/fallar

• El rango: Los valores aceptables +/‐ del valor esperado para otorgar la muestra valida.

• No existe una cosa mas precisa o menos precisa. Aprobada o no aprobada.



Tolerancia‐aprobar/fallar

• Cada país, departamento, jurisdicción tiene que definir su propio rango de tolerancia aceptable.

• NOTE: Esto no está determinada por el fabricante. Nuestro objetivo es desarrollar instrumentos que cumplan con sus requisitos para precisión y exactitud.



Verificación de exactitud

• Determinar el valor esperado o “objetivo”

– Si está usando un simulador de baño húmido – es la concentración en el contenedor

– Si está usando el Gas Seco, es la concentración del cilindro ajustada a la presión barométrica

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Ejemplo de la presión barométrico• Una columna de aire al nivel de mar

– Un metro2, arriba hasta el espacio– 10,300 kg– Mayor densidad mas cercana a la Tierra

Confidential 45 Copyright©2002-2014


El afecto de la presión al gas

• El gas entra en la atmosfera

• Está afectada por la presión ambiental

• La presión alta mantiene las moléculas mas cercanas (comprimidos)

• La presión baja permite mayor distancia (extendidas)

• El instrumento toma una muestra de un volumen fijado


El afecto de la presión al gas

Confidential

Muestra de volumen fijado

Elevación alta, Presión baja, Muestra de menos densidad

Elevación baja, Presión alta, Muestra de mayor densidad


La corrección para la presión

• Un instrumento con un sensor de presión integrado se la calcula automáticamente

• Un instrumento sin un sensor de presión integrado ‐ Dispositivo externo:

– El True Cal II

– Un barómetro


El calculo del valor esperado

• ConcTarget = Target value of Dry Gas

• PInstrumento = Atmospheric pressure (i.e. barometer reading)

• PSea level = Atmospheric pressure at sea level (1013.2 hPa)

• ConcSea level = Dry gas concentración reference value (on label)

49Intoximeters, Inc.


Los Ajustes: Puntos Básicos• ¿Qué es?

• Ajusta la sensibilidad del Alco‐Sensor para que exponga las concentraciones de alcohol con alta precisión

• ¿Cuándo se realice?• Frecuencia requerida: Solamente cuando falle una verificación de exactitud!


Ajuste de un punto• Los sensores celdas electroquímicas son inherentemente lineales

• Lineal hasta cero

• Circuito desenado para una calibración de solo un punto

• Un ejemplo básico :

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Ajuste – ejemplo de una báscula

0 50

10 4020 30

Diez Libras


La celda electroquímica: respuesta lineal

0 10

400 mg/100mL

MAX 205 30


Ajuste de calibración: de solo un punto

1. Mostrarlo un imagen :

2. Darle al imagen un nombre :“Esto es un 80 mg/100mL”


VERIFICACIÓN de calibración básica

1. Mostrarlo un imagen :

2. El instrumento le indica a usted el nombre:“Esto me parece a mi como un 80 mg/100 mL”



Ajustado a 100

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Escala completa

100 200 300 400

Punto de ajuste


El sujeto sopla 350


pEscala completa

1.00 2.00 3.00 4.00



El sujeto sopla 80

Escala completa

100 200 300 400



• La celda electroquímica da una respuesta lineal

• Se puede verificar y/o ajustar a cualquier punto del rango de medición

• La mejor practica:

– ajustar el instrumento al punto mas cerca al nivel máximo permitido por la ley de transito

Determinación de la concentración?


Los estándares: Gas Seco

60Intoximeters, Inc.


El simulador de baño húmido

• Un instrumento que reproduce una muestra de aliento humano

• 34°C

• Solución de agua y etanol

• 100% humidad relativa



El cilindro de gas seco

• Un tanque de gas comprimido

• Cero de humedad

• Un gas de calibración con una concentración especifica de etanol

Confidential 62


Patrones de Gas Seco• El patrón de gas seco es una mezcla de etanol y un gas inerte como nitrógeno en donde la concentración de etanol es muy baja

• La concentración del gas se expresa en Partes Por Millón – PPM de etanol

• Por cada millón de moléculas de gas el valor expresado es el numero de moléculas de etanol


El gas seco: los valores de referencia (al nivel del mar)

Gas No. PPM mg/100mL *Presión de uncilindro de 108L

1 81.6 30.0 1200 psi

2 143 53.0 1200 psi

3 223 82.0 1200 psi

4 408 150 800 psi

5 544 200 600 psi

6 1088 400 400 psi

* Al nivel del mar


Conectar al Regulador• Un regulador es necesario para accesar al tanque de gas seco

– Reemplace el “O‐Ring” (aro) cada vez que reemplace su tanque de gas seco

• De forma apropiada una el regulador con el tanque de gas seco, siendo cuidadoso de apuntar el tanque lejos de su persona o de alguna otra persona alrededor.

– Un sonido de “pop” será escuchado al unir el regulador con el tanque, lo cual es normal.

– El regulador no deberá unirse muy justo, pero si deberá estar perfectamente ajustado.

• Observe en el regulador que la palabra “PSI” se encuentre desplegado asegurando que el tanque contiene gas y no esta vacío

– Si el regulador indica que no existe presión en el tanque, favor de remover e intente de nuevo


El regulador – Mejor practica

• Antes de utilizar el tanque de gas seco, el regulador debe ser purgado por varios segundos para eliminar cualquier aire condensado o acumulado antes de realizar la prueba.

• 2 tipos: – 1.5 LPM: Muestra manual– 6 LPM: Muestra automática


Regulador de 1.5 LPM

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Se requiere sacar la muestra de forma manual: 1. Deja salir el gas dentro de la boquilla por 7 segundos

completos , tomando la muestra manualmente en el sexto segundo.

2. Asegúrese que el gas sigue saliendo por un segundo mas después de sacar la muestra


Regulador de 6 LPM


El Alco‐Sensor VXL y Alco‐Sensor FST saca la muestra de forma automatica:

• Deja salir el gas dentro de la boquilla hasta que el Alco‐Sensor VXL o Also‐Sensor FST toma la muestra de forma automática

• El Alco‐Sensor IV se requiere sacar la muestra de forma manual


La cantidad de muestras estimadas en un cilindro de 108L

The table below illustrates how to calculate the expected number of samples per tank as used with the hand‐held instruments.

Litrospor

cilindroRegulador (LPM)

Tiempoabierto en segundos

Litros por

muestraMuestraspor cilindro

108 6 6 0.6 180

108 1.5 6 0.15 720

Flowing Gas at 6 L/minute for 6 seconds (.1 minutes) will use 0.6 liters per sample. In a 108 Liter tank there would theoretically be 180 samples, provided the regulator was exact, the timing was perfect and one used it until it was completely empty BE


El Seco vs HúmedoGas Seco

Muchos ensayos en un tanque –hasta 300+

Vida de almacenamiento de hasta 24 meses

Valor trazable al NIST

Mas portátil

La lectura afectada por cambios en la presión atmosférica

No requiere un corriente eléctrica

Se puede automatizar fácilmente

Las lecturas no se deterioran con el uso. No hay agotamiento

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Simulador Baño Húmedo La solución es relativamente

económico

Simula la humedad y temperatura de una muestra del aliento humano

La concentración se gasta con uso –requiere cambiarse frecuentemente

Plazo de calentarse antes de usar ‐20‐30 minutos

Requiere corriente eléctrica

Alta sensibilidad a la temperatura

Requiere alto nivel de vigilancia con el control de calidad


Húmedo y Seco

• Considere el uso de ambos

• Calibrar con el baño húmedo, verificar con el gas seco

• El uso de mas de un tipo de estándar aumenta la confianza en el sistema

• Se puede identificar problemas / errores mas fácilmente

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La compensación de humidad / seco en las celdas electroquímicas


Muestra de gas seco

El espacio vacio durante la muestra

Celda electroquímica



• La corrección en el instrumento:– El instrumento tiene que identificar o distinguir entre Húmedo o Seco

– Aplica un modificación de 4.5% a las lecturas secas en el software

• La corrección en el Gas: – El fabricante agrega 4.5% en la concentración (ppm) para que corresponda al valor de BrAC “corregido”

l



• El gas seco deberá ser etiquetado como “Corregido” o “No Corregido”

• 100 mg/100mL ‘C’ es 272 ppm etanol

• 100 mg/100mL ‘U’ es 260 ppm etanol

• Un instrumento calibrado correctamente, con estándares adecuados, medirá el simulador de baño húmido y el Gas Seco de forma intercambiable



Los tanques de Gas de Intoximeters

• Ejemplo de una etiqueta de un tanque de gas seco –• ‘C’ ‐ Gas corregida

Confidential


Los tanques de gas de Intoximeters

• Ejemplo de una etiqueta de un tanque de gas seco –• ‘U’ ‐ Gas No corregida

Confidential



Cuando usando el gas seco, la corrección puede llevarse a cabo por el software del instrumento O por ajustar el PPM del gas

seco… —Nunca los dos

77 Technical Training Fundamentals, rev 0,


Concentración: Nominal vs. Analizado• Todos los cilindros son analizados, pero….

• Valor Nominal: etiquetado con un valor nominal fijo mas una tolerancia: – Valor deseado fue .082, y el valor analizado fue .0818

– etiquetado: “.082…+/‐ .002 g/210L”

• Valor Analizado: etiquetado con un medicion actual mas un incertidumbre: – Valor deseado fue .082, y el valor analizado fue .0818

– Etiquetado : “.0818…Total Relative Uncertainty +/‐ 1.5%”


Trazabilidad• Una cadena de documentación

• Establece una vinculación de la precisión del resultado de la prueba de aliento al tanque, al proveedor, y al estándar de referencia…


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• NTRM– Material de referencia trazable al NIST

• El tanque de gas utilizado para el control de calidad en la producción de los estándares de gas seco de etanol.


Proveedores de gas de calidad

– Al considerar la adquisición de gas seco, asegurase que el fabricante es certificado a un NTRM mediante el NIST (u otro agencia de metrología nacional reconocido)

– Actualmente hay pocos fabricantes en los EEUU certificado como un NTRM mediante el NIST

• Air Gas

• Air Liquide/Scott Gases Especiales

• Otro_____________


El Seco vs HúmedoGas Seco

Muchos ensayos en un tanque –hasta 300+

Vida de almacenamiento de hasta 24 meses

Valor trazable al NIST

Mas portátil

La lectura afectada por cambios en la presión atmosférica

No requiere un corriente eléctrica

Se puede automatizar fácilmente

Las lecturas no se deterioran con el uso. No hay agotamiento

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Simulador Baño Húmedo La solución es relativamente

económico

Simula la humedad y temperatura de una muestra del aliento humano

La concentración se gasta con uso –requiere cambiarse frecuentemente

Plazo de calentarse antes de usar ‐20‐30 minutos

Requiere corriente eléctrica

Alta sensibilidad a la temperatura

Requiere alto nivel de vigilancia con el control de calidad


Húmedo y Seco

• Considere el uso de ambos

• Calibrar con el baño húmedo, verificar con el gas seco

• El uso de mas de un tipo de estándar aumenta la confianza en el sistema

• Se puede identificar problemas / errores mas fácilmente

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Mejoras practicas• Calcular el valor esperado exacto basado en la presión barométrica cada día ‐ True cal ll o barómetro

• Regulador de 6 LPM: Permite la muestra automática• Regulador de 1.5 LPM: Asegurar la técnica correcta de sacar la muestra

• Cambiar boquillas entre cada muestra

• Utilizarse un gas seco aprobado por Intoximeters con equipos de Intoximeters

• Adquirir cilindros de “Valores Analizados” si hay que calcular la incertidumbre de la medición


La eliminación del tanque

• Lleno pero con fecha de caducidad vencida

– Entrenamiento/demonstraciones

– Vaciar y reciclar

• HAZMAT‐Material peligrosa

• El contenido es bajo presión

• De acuerdo con los reglamentos locales



La eliminación del tanque –La herramienta de vaciar


Altitud: cambios en la concentración del gas seco

• ¿Es necesario que el técnico de calibración volver a calibrar el instrumento cada vez que el instrumento cambia de localidad?

• Si o no…. y porque?



Intoximeters, Inc.2081 Craig Road

St. Louis, MO 63146USA

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Tel: [+1] (314) 429‐4000Fax: [+1] (314) 429‐4170

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