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色譜柱是目前氣相色譜中用到zui多的色譜柱，可以說是氣相色譜分離的核心，今天就和大家說說這一根毛細(xì)管色譜柱從選用、安裝到保養(yǎng)維護(hù)乃至更換的那些事兒。看看一根毛細(xì)管色譜柱的一生都經(jīng)歷了什么，我們?nèi)绾巫瞿苎娱L它的壽命呢？
分析時(shí)，選擇*的毛細(xì)管柱可能是一件非常困難的任務(wù)。雖然沒有色譜柱選擇的簡易技巧、捷徑、竅門或秘訣，但卻有些指南和概念來簡化此過程。
一根色譜柱的規(guī)格描述包括其固定相的種類和內(nèi)外部尺寸（柱內(nèi)徑、長度和膜厚等）。不同規(guī)格的色譜柱，對樣品的分離結(jié)果影響也不盡相同，如樣品分離的洗脫順序、保留時(shí)間、分離度和峰形/峰高等。另外，在實(shí)際分析應(yīng)用中，色譜柱的性能指標(biāo)，如惰性、塔板數(shù)和柱流失率等，同樣會嚴(yán)重影響到樣品的分離效果。
毛細(xì)管柱的種類
一般將毛細(xì)管柱分為四種類型：壁涂開管柱（WCOT）、載體涂漬開管柱（SCOT）、交聯(lián)毛細(xì)管柱(CLOT）和多孔層開管柱（PLOT）。經(jīng)典的毛細(xì)管柱為壁涂開管柱(WCOT——WallCoated Open Tubular Column)，管內(nèi)經(jīng)預(yù)處理后將固定液直接涂漬在內(nèi)壁上。因其制備難、柱子的重復(fù)性差、內(nèi)表面小、涂漬量小和相比β值大，將導(dǎo)致有效塔板數(shù)和實(shí)際分離能力不高，且熱穩(wěn)定性也較差，已很少使用。
多孔層壁涂柱（PLOT——PorousLayer Open Tubular Column）：內(nèi)壁上僅涂一層多孔性吸附劑微粒，是毛細(xì)管氣固色譜柱。
載體壁涂柱（SCOT——SupportCoated Open Tubular Column）：內(nèi)壁上先涂一層載體，載體上再涂固定液。固定液膜可以較厚，柱容量也較大。必須注意，以上兩種柱子中的載體只是涂布于毛細(xì)管柱的壁上，而非充滿整根柱子。
交聯(lián)毛細(xì)管柱(CLOT——Cross-LinkedOpen Tubular Column)：涂好固定液后再用偶聯(lián)劑交聯(lián)鍵合，柱子性能有很大改善，能耐高溫，抗水、抗溶劑。
其中PLOT柱主要用于*氣體和低分子量有機(jī)化合物的分離；SCOT柱所用固定液的量大一些，故柱容量大一些，但由于制備技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用也不太普遍。毛細(xì)管GC中的主力軍是CLOT，其柱材料大多用熔融石英，即所謂彈性石英柱。
毛細(xì)管氣相色譜柱的選擇
a. 固定相的選擇原則和方法
理論上講，選擇固定相遵循相似性原則，即：用非極性固定相分析非極性物質(zhì)，用極性固定相分析極性物質(zhì)，用含芳香基團(tuán)的固定相分析芳香族化合物。在填充柱時(shí)代，這個(gè)想法是非常正確的，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候，分離度是首先需要把握的關(guān)鍵因素，分不開，就沒辦法想其它。它的理由在于塔板理論的推論，即：組分在固定相中有越大的溶解度差異，就會產(chǎn)生越大的分離度。
但是在毛細(xì)管色譜時(shí)代，分離度不再始終是分析的問題。毛細(xì)管具有幾十萬塊塔板，如此大的柱效率，以至于不再需要充分考慮分離問題了。這個(gè)時(shí)候，樣品兼容性、使用溫度、穩(wěn)定性、柱流失情況等，都可能成為選擇的主要理由。
例如分析甲醇乙醇丙醇等低級醇類，正常應(yīng)選擇wax類高極性色譜柱。但是在雜質(zhì)較少的情況下，選擇DB-1這樣的非極性柱具有更高的靈活性和使用壽命。具體選擇
要依據(jù)以下規(guī)則：
1.因?yàn)榉菢O性毛細(xì)管柱具有明顯的穩(wěn)定性、高使用溫度、良好的色譜峰形等有利因素，因此易分離物質(zhì)應(yīng)首先選用極性小的色譜柱。
2.分析氫鍵型物質(zhì)用氫鍵型PEG柱更佳。
3.輕烴或*氣體用PLOT柱更佳。
4.高苯基固定相對芳香族物質(zhì)保留能力更強(qiáng)。但是分析二甲苯等芳烴異構(gòu)體，Wax類強(qiáng)極性色譜柱。
在過去的幾十年中，所有的GC應(yīng)用中，非極性色譜柱的使用率高于中等極性柱和極性柱。一般來說，非極性柱，如HP-5MS柱，可應(yīng)用與于50%以上的分析。而極性或中等極性柱，如PEG柱，大概適用于25%的分析應(yīng)用中。通常，我們會先選擇非極性色譜柱，而極性色譜柱會選擇性的用于比較簡單的樣品（較少種類化合物組成的樣品）。
在選擇適用的固定相時(shí)，分析設(shè)備和分析條件也是需要參考的指標(biāo)。如檢測器的種類、載氣和進(jìn)樣體積等。
如果我們不考慮對樣品選擇性和檢測靈敏度的影響，那么就使用檢測器低響應(yīng)固定相的色譜柱。比如說含氰基的固定相，像1301、1701、624等這樣的色譜柱就盡量不要與NPD（氮磷檢測器）連用。對于超低流失的固定相，如-1MS或-5MS的柱子，因?yàn)樗鼈兛梢员ＷCzui低的檢測基線和噪聲水平，所以在做低或超低檢測限樣品時(shí)，超低流失色譜柱是的選擇。如果我們使用的載氣不純，或是設(shè)備中有氣體泄漏，這樣的問題無法解決或無法及時(shí)解決，為了不使柱固定相過早的被破壞，高溫適用固定相的色譜柱是相對好的選擇。
另外，除非方法需要，我們盡量選擇鍵合固定相的色譜柱，對比非鍵合相和非交聯(lián)相色譜柱，交聯(lián)鍵合固定相色譜柱對樣品種類和進(jìn)樣體積的耐受力更強(qiáng)，柱性能下降的zui慢。
在做應(yīng)用方法確證時(shí)，我們可同時(shí)使用非極性柱和極性柱，對色譜峰鑒定或分離結(jié)果進(jìn)行確證。通常我們做農(nóng)藥分析方法確證時(shí)，選用-5MS和 -1701/-35色譜柱；做殘留溶劑分析方法確證時(shí)，選用-5MS和-624/-VMS色譜柱；做醇類或FAME分析方法確證時(shí)，選用PEG和含氰基固定相色譜柱；做汽油中氧化物分析方法確證時(shí)，選用-1和PEG色譜柱。
b. 色譜柱內(nèi)徑的選擇
標(biāo)準(zhǔn)色譜柱內(nèi)徑（ID）尺寸為0.2mm、0.25mm、0.32mm和0.53mm。少數(shù)方法會使用到0.1mm和0.8mm內(nèi)徑的柱子。0.25mm是zui常用的色譜柱內(nèi)徑尺寸，而0.53mm的色譜柱通常是替代填充柱用于大體積進(jìn)樣的方法應(yīng)用。
色譜柱內(nèi)徑的大小對分離效果的影響是明顯的。越細(xì)的色譜柱，其塔板數(shù)就越高，柱效就越高，但同時(shí)樣品承載容量越小，進(jìn)樣體積就需要減少。但內(nèi)徑越小，通常意味著柱容量的減小，在分析低含量組分時(shí)，對檢測器靈敏度和進(jìn)樣口分流能力的要求越高。因此在選擇內(nèi)徑的時(shí)候，首先考慮的是樣品分析難點(diǎn)，是在于分離還是檢測。對于分離困難的樣品，較小口徑的色譜柱；對于含量過低檢測困難的樣品，較大口徑的色譜柱。在容易分離的情況下，一般選擇小口徑毛細(xì)管柱可以縮短柱長，減小分析時(shí)間。
c. 色譜柱長度
色譜柱的長短直接影響到保留時(shí)間和分離效率。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的色譜柱長多為5m、7.5m、10m、12.5m、15m、25m、30m、50m、60m、75m、100m和105m等。zui常見的色譜柱長度是30m。
對于快速分析來說，除了選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)徑，柱長度也短許多（例如5～15mx 0.25mm）。只有這樣，才有可能在zui短的時(shí)間內(nèi)，得到*的分離效果和分析結(jié)果。
如果方法需要改進(jìn)提高分辨率，較長的色譜柱，如60m或100m，是理想的選擇。分辨率與柱長的平方根成正比。需要注意的是，像一根60m長的色譜柱相對于30m的柱子，其分辨率提高近40%，但分析時(shí)間會成倍增長。
在揮發(fā)物的分析應(yīng)用中，為了改善分離效果，常使用較長的柱型，如50m、60m和100m等。在氣態(tài)樣品和精細(xì)烴分析應(yīng)用中，較長色譜柱的使用較為普遍。
更長的色譜柱會影響柱惰性、柱流失和柱效等多個(gè)方面。同時(shí)，需要更高的載氣壓力或更換載氣的種類（如把氮?dú)飧鼡Q成氫氣/氦氣）。
d. 色譜柱膜厚
商品化色譜柱的膜厚規(guī)格一般是0.1μm、 0.15μm、 0.25μm、 0.5μm、 1.0μm、 1.5μm、 3μm、5μm等等。實(shí)驗(yàn)室中zui常見的色譜柱膜厚為0.25μm、0.5μm和1μm。
膜厚主要影響兩個(gè)指標(biāo)：保留時(shí)間和樣品負(fù)載能力。
另外，色譜柱適用溫度范圍、分析時(shí)間和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性等也與膜厚有關(guān)。例如一根內(nèi)徑為0.25mm，膜厚為0.1μm的色譜柱可以達(dá)成快速分離的效果，甚至可以改進(jìn)分辨率，降低色譜柱的流失，適用于更寬泛的溫度范圍等。膜厚會影響到色譜柱惰性，而這個(gè)指標(biāo)在有些應(yīng)用中是非常重要的。同時(shí)膜厚對色譜柱樣品承載能力的影響也是很明顯的。
0.25μm× 0.25mm、0.5μm × 0.32mm、1μm或1.5μm × 0.53mm規(guī)格的色譜柱在分離效果、保留性能、分辨率、惰性和柱流失等指標(biāo)方面較為均衡，使用也較多。
膜厚與柱內(nèi)徑的關(guān)系體現(xiàn)在相比（β）上。相比β是色譜柱中氣相容積和固定相容積之比，計(jì)算公式為β=r/2d，其中r為色譜柱半徑，d為液膜厚度。相比是決定一個(gè)固定長度色譜柱中組分流出時(shí)間的決定性因素。如果有兩根相同相比和固定相的色譜柱，內(nèi)徑不同，在相同的溫度條件下，兩根色譜柱的分離效果和保留性能相同或相似。
需要注意的是：相比只是決定保留時(shí)間的主要因素，但并不是決定理論塔板數(shù)（柱效率）的主要因素。決定柱容量（zui小檢出量）的主要因素是內(nèi)徑和膜厚，決定柱效率的是內(nèi)徑，決定保留時(shí)間的是相比。在綜合平衡柱容量、柱效率、分析時(shí)間三方面因素的時(shí)候，需要注意相比的影響。
zui后要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，選擇色譜柱是必須要看具體的分析任務(wù)。如果是做法規(guī)分析，則必須按有關(guān)法規(guī)的要求選擇色譜柱。如一些產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，盡管用毛細(xì)管柱可以得到更好的分析結(jié)果，且分離效率高、分析速度快，但若國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用填充柱，那就應(yīng)該用填充柱，否則分析結(jié)果不被法規(guī)所認(rèn)可。當(dāng)然，作為方法開發(fā)的研究，用毛細(xì)管柱常常是有利的。
新色譜柱的驗(yàn)收
新買的氣相色譜柱到貨后要進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收首先是對貨物的外包裝進(jìn)行觀察，如有破損，應(yīng)直接拒絕接受，要求供應(yīng)商重新發(fā)貨。打開包裝后，色譜柱如沒有可見的斷裂、破損，可在安裝、老化后使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行柱效測試。
新柱子都有說明書，說明書一般都附有質(zhì)量檢測報(bào)告，附譜圖、條件、試樣等，如果實(shí)驗(yàn)室備有相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可照其條件試驗(yàn)一下，計(jì)算塔板數(shù)、分離度等，與其報(bào)告相差不大即可。亦可依據(jù)自己的分析用途，用本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際條件進(jìn)行樣品分析，與實(shí)驗(yàn)室以前的正常柱子比較，保留時(shí)間、分離度、塔板數(shù)等是否正常即可判斷。建議保留新柱子的測試圖譜，以備以后柱效下降時(shí)對比參考。
色譜柱的安裝
把毛細(xì)管柱安裝在色譜儀上時(shí)，需要將其兩端分別與進(jìn)樣口和檢測器相連接。一般儀器所用的接頭有兩種，分別是內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭。原理都是用一個(gè)石墨密封墊，通過接頭壓緊而達(dá)到固定和密封的目的。
正確的安裝請參考以下步驟：
a. 檢查氣體過濾器、載氣、進(jìn)樣墊和襯管等，保證輔助氣和檢測器的用氣暢通有效。如果以前做過較臟樣品或活性較高的化合物，需要將進(jìn)樣口的襯管清洗或更換。
b. 先將密封墊套在柱頭，此時(shí)應(yīng)將柱頭向下，避免密封墊碎屑進(jìn)入柱管而造成堵塞。將石墨墊套在柱頭后，應(yīng)將柱頭截去1～2cm?？捎脤ｉT的柱切割器，也可用一個(gè)開安剖瓶的磁片，在柱頭上輕輕地劃一下，然后用手掰斷。這樣做可以保證柱端是整潔的，又避免了柱頭污染物對分析的干擾，因?yàn)榻厝チ舜┻^密封墊時(shí)可能進(jìn)入柱頭的污染物，或者運(yùn)輸過程中可能損壞的柱端。
將色譜柱連接于進(jìn)樣口上，色譜柱在進(jìn)樣口中插入深度根據(jù)所使用的GC儀器不同而定。正確合適的插入能zui大地保證試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。通常來說，色譜柱的入口應(yīng)保持在進(jìn)樣口的中下部，當(dāng)進(jìn)樣針穿過隔墊*插入進(jìn)樣口后,如果針尖與色譜柱入口相差1～2cm，這就是較為理想的狀態(tài)。檢測器一端則是柱出口盡量接近檢測點(diǎn)（如FID的火焰），以避免死體積造成的柱外效應(yīng)（具體的插入程度和方法參見所使用GC的使用手冊）。避免用力彎曲擠壓毛細(xì)管柱，并小心,不要讓標(biāo)記牌等有鋒利邊緣的物品與毛細(xì)柱接觸摩擦，以防柱身斷裂受損。
c.用手把連接螺母擰上，擰緊后（用手?jǐn)Q不動了）用扳手再多擰1/4-1/2圈，保證安裝的密封程度。因?yàn)椴痪o密的安裝，不僅會引起載氣的泄漏，而且有可能對色譜柱造成*損壞。為保證柱端伸出的長度準(zhǔn)確，可在截去柱端后，先量好柱頭伸出長度，然后用記號筆或改字液在接頭下方的色譜柱上做記號，擰緊接頭以后保證該記號正好位于柱頭端面。這樣就避免了擰緊過程中柱管移動可能造成的伸出長度不準(zhǔn)確。
d. 接通載氣
當(dāng)色譜柱與進(jìn)樣口接好后，可參考表3.4，由柱長、柱內(nèi)徑等參數(shù)選取初始的柱前壓，然后通載氣，調(diào)節(jié)柱前壓以得到合適的載氣流速。
將色譜柱的出口端插入裝有正己烷的樣品瓶中，正常情況下，我們可以看見瓶中穩(wěn)定持續(xù)的氣泡。如果沒有氣泡，就要重新檢查一下載氣裝置和流量控制器等是否正確設(shè)置，并檢查一下整個(gè)氣路有無泄漏。等所有問題解決后，將色譜柱出口從瓶中取出，保證柱端口無溶劑殘留，再進(jìn)行下一步的安裝。
e. 將色譜柱連接于檢測器上,其安裝和注意的事項(xiàng)與色譜柱與進(jìn)樣口連接大致相同。如果在應(yīng)用中系統(tǒng)所使用的是ECD或NPD等，那么在老化色譜柱時(shí)，應(yīng)該將柱子與檢測器斷開，這樣檢測器可能會更快達(dá)到穩(wěn)定。
f. 確定載氣流量，再對色譜柱的安裝進(jìn)行檢查。注意：如果不通入載氣就對色譜柱進(jìn)行加熱，會快速且*性的損壞色譜柱。
色譜柱的老化與老化效果檢測
色譜柱安裝和系統(tǒng)檢漏工作完成后，就可以對色譜柱進(jìn)行老化了。
a． 老化的方法：
老化的方法通常是將色譜柱升至一恒定溫度，通常為其溫度上限。特殊情況下，可加熱至zui高使用溫度之上約10～20℃左右，但是一定不能超過色譜柱的溫度上限，那樣極易損壞色譜柱。
當(dāng)?shù)竭_(dá)老化溫度后，記錄并觀察基線。初始階段基線應(yīng)持續(xù)上升，在到達(dá)老化溫度后5～10分鐘開始下降，并且會持續(xù)30～90分鐘。當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)固定的值后就會穩(wěn)定下來。如果在2～3小時(shí)后基線仍無法穩(wěn)定或在15～20分鐘后仍無明顯的下降趨勢，那么有可能系統(tǒng)有泄漏或者污染。遇到這樣的情況，應(yīng)立即將柱溫降到40℃以下，盡快的檢查系統(tǒng)并解決相關(guān)的問題。如果還是繼續(xù)的老化，不僅對色譜柱有損壞而且始終得不到正常穩(wěn)定的基線。
另外，老化的時(shí)間也不宜過長，不然會降低色譜柱的使用壽命。一般來說，涂有極性固定相和較厚涂層的色譜柱老化時(shí)間長，而弱極性固定相和較薄涂層的色譜柱所需時(shí)間較短。
b. 設(shè)置確認(rèn)載氣流速
對于毛細(xì)管色譜柱，載氣的種類高純度氮?dú)饣驓錃?。載氣的純度大于99.995%，而其中的含氧量越少越好。如果您使用的是毛細(xì)管色譜柱，那么依照載氣的平均線速度（cm/sec），而不是利用載氣流量（mL/min）來對載氣做出評價(jià)。因?yàn)橹У挠?jì)算采用的是載氣的平均線速度。推薦平均線速度值：氮?dú)猓?0～12cm/sec；氫氣：20～25cm/sec。
在載氣的管線中加入氣體過濾裝置不僅可以延長色譜柱壽命，而且很大程度的降低了背景噪音。建議安裝一個(gè)高容量脫氧管和一個(gè)載氣凈化器。使用ECD系統(tǒng)時(shí)，能在其輔助氣路中也安裝一個(gè)脫氧管。
c.柱流失檢測
在色譜柱老化過程結(jié)束后，利用程序升溫作一次空白試驗(yàn)（不進(jìn)樣）。一般是以10℃/min從50℃升至zui高使用溫度，達(dá)到zui高使用溫度后保持10min。這樣我們就會得到一張流失圖。這些數(shù)值可能對今后作對比試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)問題的解決有幫助。
在空白試驗(yàn)的色譜圖中，不應(yīng)該有色譜峰出現(xiàn)。如果出現(xiàn)了色譜峰，通?？赡苁菑倪M(jìn)樣口帶來的污染物。如果在正常的使用狀態(tài)下，色譜柱的性能開始下降，基線的信號值會增高。另外，如果在很低的溫度下，基線信號值明顯的大于初始值，那么有可能是色譜柱和GC系統(tǒng)有污染。
色譜柱的保存
色譜柱用進(jìn)樣墊將色譜柱的兩端封住，并放回原包裝。在安裝時(shí)要將色譜柱的兩端截去一部分，以確保沒有進(jìn)樣墊的碎屑?xì)埩粲谥小?/span>
色譜柱的重新安裝
色譜柱重新安裝時(shí),密封要注意：
a.安裝位置(尺寸)要重現(xiàn)，否則引起峰靈敏度變化；
b.安裝時(shí)防止碎渣進(jìn)入色譜柱引起峰形拖尾；
c.不需要擰得太緊；
e.使用清潔的密封墊，避免用手接觸密封墊，以防手上的油脂污染；
f.密封墊安裝前，要仔細(xì)檢查有無損傷，以防安裝后，有問題時(shí)不易拆除；
g.對那些不宜重復(fù)使用，如石墨密封墊，重新安裝柱時(shí)要注意及時(shí)更換。
什么時(shí)候該更換色譜柱
分離度是考察一根色譜柱分離具體樣品的好壞程度的指標(biāo)。色譜的核心任務(wù)就是為了使每個(gè)峰完成分離，得到有合理峰寬的色譜峰，以便獲得較低的檢測限。然而，塔板數(shù)對分離度的影響僅僅是平方根的關(guān)系，當(dāng)一根色譜柱的塔板數(shù)下降50%，分離度僅下降7%。
其實(shí)，大多數(shù)用戶僅僅使用色譜柱塔板數(shù)的一小部分。例如，對一支新的150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱來講，廠家測試報(bào)告上的塔板數(shù)為14，000。使用下面的公式可以估算一支色譜柱的塔板數(shù)：N=3000L/Dp
L是色譜柱的柱長，以厘米為單位；Dp是填料的粒徑，以微米為單位。
一支150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱的柱效大約為9000，比廠家測試數(shù)據(jù)低30%。在實(shí)際的工作中，大多數(shù)色譜方法僅僅需要這些塔板數(shù)的一半，可見，色譜柱的塔板數(shù)不是分離中zui重要的參數(shù)。
較好的方法是使用壓力、分離度和峰形的混合指標(biāo)來考察一根色譜柱的狀態(tài)。
壓力的測量是zui容易的，通常我們確定的色譜方法要滿足以下的要求：用新柱子時(shí)柱壓不高于2500psi，在任何情況下壓力都不超過3000psi。有統(tǒng)計(jì)表明，超過60%的色譜柱損壞是由于壓力過高的原因。
分離度是考察色譜柱的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，只要兩個(gè)組分可以獲得基線分離，對該分析物的定量就不會有什么問題。對于高斯峰來講，1.5的分離度即可得到基線分離；若分離度在1.7至2.0之間則更好。若峰拖尾嚴(yán)重則需要更高的分離度。使用分離度作為色譜柱的評價(jià)指標(biāo)的好處在于我們可以直觀地看到相鄰的峰的分離情況。
另外一個(gè)考察色譜柱質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是峰形拖尾情況，廠家測試報(bào)告的峰形都非常漂亮，但這并不代表該色譜柱分析實(shí)際樣品的情況。
通常，在開發(fā)分析方法的過程中，一般會試驗(yàn)幾根色譜柱，分析足夠多的實(shí)際樣品，就知道當(dāng)分離變差時(shí)是什么樣的情況。在開始時(shí)可使用一個(gè)寬的范圍；如果在開始時(shí)緊縮系統(tǒng)適用性要求，在方法認(rèn)證后再放寬這個(gè)要求，是很困難的。在分析實(shí)際樣品之前進(jìn)行系統(tǒng)適用性考察，以確保該色譜方法滿足分析者可以接受的標(biāo)準(zhǔn)。
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