专利名称：液体自动取样装置的制作方法
技术领域：
本发明属于液体样品分装装置技术领域，具体涉及一种液体样品自动取样装置， 尤其是能够在强电离辐射环境下对密封较好的瓶装放射性液体进行准确取样的自动装置。
背景技术：
目前，在强电离辐射环境下(如核废液处理热室内)的瓶装放射性液体的取样方式，一般是由人通过操作机械手等工具远距离夹持吸液管，从储液瓶中吸取一定量样品，放入接收瓶作为小样，再通过其它工具将其转移出来放在防护箱或通风橱内，再用手操作移液器或移液管定量取样。但是，这种方法只能适用在强电离辐射环境中的敞口瓶或密封性不好的磨口玻璃瓶等容器内液体的非直接定量取样，不适合密封性较好的活塞式瓶盖密封的瓶装液体的直接定量取样；在这样的取样过程中，样品极易滴落造成放射性污染，多环节的放射性样品转移和由人手工定量取样的方式，增加了操作人员的辐照剂量和放射性污染环境的风险。中国专利文献数据库公开了一种实用新型名称为《放射源分装装置》(专利号 ZL 99202096. 4)，该实用新型采用手动操作机械工具在电机驱动的旋转机构配合下打开瓶盖，手动进行样品的转移和分装，通过观察液面标尺手动开关阀门去控制分装量。中国专利文献数据库公开的另一种实用新型名称为《屏蔽式远距离放射性液体吸移装置》(专利号 ZL 92231059. 9)，该实用新型采用人工操作注射针筒抽负压，使通过软管连接的移液管(置于屏蔽室内)从敞口样品瓶中吸取样品。中国专利文献数据库还公开了其他类似的装置，如 《同位素自动分装机》(专利号ZL 02244994. 9)的实用新型专利技术，通过计算机控制自动分样，没有开盖、盖盖等功能，而且不能够自动连续地对多个样品进行不间断分样。再如《自动分装装置》(专利号ZL 2005 2 0032960. 2)实用新型专利技术，是本发明专利申请单位前几年申请的专利，是一种专用于放射性药品分装的实用新型装置，与本发明的使用功能最接近，但其自动分装的方式是采用蠕动泵从非密封的储液瓶中定量转移液体，其向预抽负压的西林瓶注入产品的方式同样是采用传统的针刺方式，只是针刺的操作由电动代替了手动，退针时易于污染西林瓶和导致瓶盖松动，不具备样品瓶开盖、盖盖功能，而且装置的通用性差，即一个分装流程只能对一种产品进行分装，需要分装不同产品时，必须清洗整个管路系统，将产生额外的放射性废液。同时现实中也迫切需要一种能够在强电离辐射环境下对密封瓶装放射性液体样品进行自动定量取样的装置。
发明内容
为了克服强电离辐射环境中瓶装液体样品定量取样过程繁琐、易滴落放射性样品造成环境污染和增加操作人员受电离辐射剂量的不足，本发明提供一种液体自动取样装置。本发明的液体自动取样装置采用�？榛峁梗⊙爸煤泄ぷ髌教�、用于放置A 瓶的瓶架I的转台I、用于放置B瓶的瓶架II的转台II、用于放置取样头的瓶架III的转台 III、用于转移A瓶的转移台I、用于转移B瓶的转移台II、用于取样的电动移液器、用于转移电动移液器中样品的转移台III、用于夹持A瓶的夹持座I、用于夹持B瓶的夹持座II、用于检测移电动液器上取样头的工位状况的传感器。上述部件位于工作平台的上面，上述部件的相对位置是转台I、夹持座I、夹持座II、转台II按顺序呈线性排列，与转移台I和转移台II同位于工作平台的中轴线的一侧；转移台I和转移台II分别与转台I和夹持座I、转台II和夹持座II形成三角形布局结构；转移台III位于中轴线的另一侧，并与夹持座I和夹持座II形成三角形布局；转台III与转移台III位于同侧，并位于转移台III的正后方；转移台 I与转台I、夹持座I配合用于完成A瓶的开盖、盖盖和A瓶在转台I与夹持座I之间的位移；转移台II与转台II、夹持座II配合用于完成B瓶的开盖、盖盖和B瓶在转台II与夹持座 II之间的位移；转移台III与转台III、夹持座I、夹持座II配合用于完成取样头在电动移液器上的安装、电动移液器从被夹持座I夹持的A瓶中定量取样并转移至被夹持座II夹持的B 瓶中排放。上述部件分别与自动控制系统连接。上述运动部件可独立运行，运动中不相干涉的部件也可以同时运行；各部件中运动机构的升降、旋转均由步进电机驱动完成；转台I、转台II和转台III的旋转角度可大于 360°，通过旋转将瓶架中指定的样品瓶或取样头准确地送到工位上；转移台I、转移台II和转移台III在小于360°转角内限位旋转；安装在转移台I上滑架上的气动的阔张机构受丝杆旋转的驱动向下移动，将固定在滑架上的阔张机构下端的阔张杆伸入瓶架I工位上的A 瓶盖上部的凹槽内并阔张顶紧瓶盖，丝杆再反向旋转驱动滑架向上移动，可将A瓶从瓶架 I上取出；随后转移台I水平旋转将该A瓶送至夹持座I正上方时驱动滑架向下移动，可将A瓶放入夹持座I适当位置，并在A瓶被夹持后上移滑架，打开A瓶；转移台I按照上述流程逆向运动，可以将夹持座I中取样完毕的A瓶密封，并从夹持座I中取出放回到瓶架 I上的原位置；转台I随后旋转，可将下一个A瓶送至工位上。同样，转移台II和夹持座II、 转台II配合并按照前述转移台I和夹持座I、转台I配合的运动方式，可以对B瓶实施开启和密封、取放和转移，并自动将下一个B瓶送至工位上；电动移液器在转移台III的旋转与升降运动支配下，在转台III中的瓶架III上安装取样头并通过传感器检测后，可从被夹持座 I夹持的A瓶内定量吸取样品，后转移至被夹持座II夹持的B瓶中排出，完成一次定量取样；通过设置指令，电动移液器可对同一样品多次重复取样，或在废物筒处退除取样头并在瓶架III上安装新的取样头后，可继续对下一个样品定量取样；转台I III、转移台I III和夹持座I III都分别设有一锁紧机构与工作平台连接；各部件的线缆与控制系统的连接采用航空插头快速连接方式，方便工作人员通过操作机械手等工具在强电离辐射环境下更换取样称量装置的功能部件，而不需要将整个装置转移出辐射�。患谐肿鵌、夹持座II中的样品瓶套底部开口，并在瓶套下方设置有一集液槽，保护事故状态样品不污染取样称量装置和工作环境；取样装置的自动控制采用PLC编程远距离有线控制，并具备点动功能，只需在控制系统操作界面上输入必要的参数，该装置即可自动完成上述全部工作内容，实现液体样品的自动定量取样。本发明的取样装置在同一工作平台的上设置有用于放置A瓶的瓶架I的转台I、 用于放置B瓶的瓶架II的转台II、用于放置取样头的瓶架III的转台III、用于转移A瓶的转移台I、用于转移B瓶的转移台II、用于取样的电动移液器、用于转移电动移液器中样品的转移台III、用于夹持A瓶的夹持座I、用于夹持B瓶的夹持座II ；上述部件分别与自动控制系统连接；所述的取样装置在转台III和夹持座I之间电动移液器水平旋转的路径上设置有一用于检测电动移液器上取样头的工位状况的传感器，传感器与自动控制系统连接；
本发明的取样装置的转台I、夹持座I、夹持座II、转台II依次呈线性排列，与转移台 I和转移台II同位于工作平台中轴线的一侧；转移台I和转移台II分别与转台I和夹持座 I、转台II和夹持座II形成三角形布局；转移台III位于工作平台中轴线的另一侧，与夹持座 I和夹持座II形成三角形布局；转台III位于转移台III的正后方，转台III与转移台III位于同侧；转移台I与转台I、夹持座I配合用于完成A瓶的开盖、盖盖和A瓶在转台I与夹持座 I之间的位移；转移台II与转台II、夹持座II配合用于完成B瓶的开盖、盖盖和B瓶在转台 II与夹持座II之间的位移；转移台III与转台III、夹持座I和夹持座II配合用于完成取样头在电动移液器上的安装、电动移液器从被夹持座I夹持的A瓶中取样，并转移至被夹持座 II夹持的B瓶中排放。本发明的取样装置的转台I中的电机、旋转台和瓶架I依次连接，电机驱动旋转台旋转并带动瓶架I旋转；瓶架I和旋转台通过花键法兰连接；所述的取样装置的转台 I、转台II、转台III的结构和功能相似；所述的取样装置的瓶架I、瓶架II、瓶架III的结构和功能相似。本发明的取样装置的转移台I包括升降机构与旋转机构，升降机构中的电机、丝杆、滑架依次连接，滑架上设置有气动的阔张机构；旋转机构中的电机与基座、旋转立柱连接；丝杆置于旋转立柱内；所述的取样装置中的阔张机构的阔张杆在瓶盖顶端凹槽内阔张顶紧瓶盖，通过转移台I的升降机构和旋转机构实现A瓶在瓶架I和在夹持座I中的取和放，以及在瓶架I和夹持座I之间的转移；转移台I的升降机构与夹持座I的夹持机构I 配合，实现A瓶的瓶盖的开启与密封；所述的取样装置的转移台I与转移台II的结构和功能相似。本发明的取样装置的转移台III包括升降机构与旋转机构，升降机构中的电机、丝杆、滑架依次连接，滑架上设置有电动移液器；旋转机构中的电机与基座、旋转立柱连接； 丝杆置于旋转立柱内；所述的取样装置中的电动移液器通过转移台III的升降机构和旋转机构实现从被夹持座I夹持的A瓶中吸取样品，转移至被夹持座II夹持的B瓶中排放，进行样品的定量取样。本发明的取样装置的夹持座I中的夹持机构I中的气缸为两个，两个气缸对称布置，两个气缸分别与一个聚乙烯V型滑块连接，两个滑块的V型口相对设置；两汽缸推动两滑块相向水平移动或背向水平移动，两滑块的相向水平移动用于实现A瓶的夹持，两滑块的背向水平移动用于解除对A瓶的夹持；所述的取样装置的夹持机构I与夹持座II中的夹持机构II的结构和功能相似。本发明的取样装置的转移台III上的电动移液器的上部设置有用于屏蔽电离辐射的铅套。本发明的取样装置的夹持座I和夹持座II内均设置有聚乙烯塑料瓶套，瓶套底部开口，在瓶套的正下方设置有集液槽。本发明的取样称量装置的工作原理是转移台I旋转将安装在转移台I上的气动的阔张机构定位在转台I上的瓶架I工位上的A瓶正上方，驱动阔张机构下移将阔张杆伸入A瓶盖的凹槽内并阔张顶紧瓶盖，后驱动阔张机构上移将A瓶从瓶架I的工位上取出 ’转移台I再旋转至夹持座I的夹持机构I的正上方后降下阔张机构，将A瓶放入夹持机构I并被夹持，然后驱动阔张机构上移可将瓶盖拔出，即打开A瓶；转移台I及其阔张机构与夹持座I配合并按照前述的流程逆向运动，可将瓶盖插入，即密封A瓶，再将该A瓶从夹持座 I中取出并放回到瓶架I的原工位；同理，转移台II及其上的阔张机构与夹持座II配合并按照前述转移台I及其上的阔张机构与夹持座I配合运动，可以对B瓶进行取放、转移和开盖、盖盖；转移台III旋转将电动移液器定位在转台III上的瓶架III工位上取样头的正上方， 驱动电动移液器向下插入取样头后上升，完成取样头安装，再通过传感器检测后，转移台III 继续旋转将电动移液器定位在被夹持座I夹持的A瓶的正上方，驱动电动移液器下移将取样头插入A瓶并定量吸取样品，然后再驱动电动移液器上升并旋转至被夹持座II夹持的B 瓶的正上方，降下电动移液器使取样头插入B瓶并排出样品，实现样品的自动定量取样。本发明的液体自动取样装置可以在强电离辐射场中对活塞式瓶盖密封的瓶装放射性液体进行远程自动定量取样，完全避免人工取样存在的操作繁琐、劳动强度大、取样过程中放射性样品对操作人员的辐射损害和放射性污染环境的潜在风险，取样装置的结构紧凑，自动化程度高，安全高效，具有通用性，维护维修方便。本发明与现有技术的类似装置的不同在于对于用活塞式瓶盖密封的瓶装放射性液体样品的定量取样，取样过程完全自动化，具备样品瓶开盖、盖盖的功能，放射性液体样品的取量由电动移液器完成，在一个取样流程中通过更换取样头，而不是清洗装置的管路系统，既可以对不同样品进行连续取样，也可以对同一个样品进行多次重复取样，取样装置中的各个部件还可以独立运行。本发明的取样装置不仅可以实现活塞式瓶盖密封样品瓶的在工位上的定位、取放、转移、夹持、瓶盖开启与密封、定量取样、取样头安装与退却、取样数据储存等自动功能， 而且提高了取样的效率和精确度，降低了操作人员的劳动强度，降低了操作人员受到更多电离辐射和放射性污染环境的安全风险。本发明的取样装置的各功能部件均为�？榛峁梗啥懒⒃诵校葜噶畈⑼ü鞑考南低撑浜希瓿删垡蚁┗钊狡扛敲芊獾钠孔耙禾宓淖远咳⊙�。
II 6
作平台机 缸
图1是本发明的总体结构布局示意图。 图2是本发明中的转台I的结构示意图。 图3是本发明中的瓶架I的结构示意图。 图4是本发明中的转移台I与夹持座I的结构示意图。 图5是本发明中的转移台III与夹持座I的结构示意图。 图6是本发明中的夹持座I中的夹持机构I的结构示意图。 图中，1.转台I 2.转移台I 3.夹持座I 4.夹持座II
转台II12.电机 18.基座 24.阔张机构
7.转移台III 8.转台III
13.旋转台 14.瓶架 19.丝杆 20.旋转立柱 25.阔张杆 26.瓶盖
9.传感器 15. AM 21.电机
10.废物筒 16.花键法兰 22.滑架
29.取样头 30.气缸I 31.滑块I 32.
27.夹持机构I 观. 滑块II 33.气缸II
5.转移台 11.工 ■、 17.电 23.气电动移液器 34.控制系统。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的总体结构布局示意图。从图1中可以看出，转台I 1、夹持座I 3、 夹持座II 4、转台II 6按顺序呈线性排列，与转移台I 2和转移台II 5同位于工作平台11的中轴线的一侧；转移台I 2和转移台II 5分别与转台I 1和夹持座I 3、转台II 6和夹持座 II 4形成三角形布局；转移台III7位于中轴线的另一侧，并与夹持座I 3和夹持座II 4形成三角形布局；转台III 8与转移台III 7位于同侧，并位于转移台III 7的正后方；转移台I 2与转台I 1、夹持座I 3配合完成A瓶15的开盖、盖盖和在转台I 1与夹持座I 3之间的转移；转移台II 5与转台II 6、夹持座II 4配合完成B瓶的开盖、盖盖和在转台II 6与夹持座 II 4之间的转移；转移台III7与转台III8、夹持座I 3、夹持座II 4配合完成取样头在电动移液器观上的安装、电动移液器观从被夹持座I 3夹持的A瓶15中取样并转移至被夹持座 II 4夹持的B瓶中排放；在转台III8与夹持座I 3之间电动移液器观旋转的路径上设置有传感器9和废物筒10 ；上述部件的运动由自动控制系统34控制。图2是本发明中的转台I的结构示意图。在图2中，电机12、旋转台13和瓶架 I 14依次连接，电机12驱动旋转台13旋转并带动瓶架I 14旋转；瓶架I 14和旋转台13 通过花键法兰16连接；本发明中的转台I 1、转台II 6、转台III 8的结构和功能相似。图3是本发明中的瓶架I的结构示意图。在图3中，瓶架I 14的中心设置有花键法兰16，并通过花键法兰16与旋转台13连接；A瓶15对称分布于瓶架I 14上；本发明中的瓶架I 14、瓶架II、瓶架III的结构和功能相似。图4是本发明中的转移台I和夹持座I的结构示意图。图4中，电机17与基座 18、旋转立柱20、电机21依次连接；丝杆19置于旋转立柱20内部，上端与电机21连接，下端与基座18连接，中段与滑架22、阔张机构M依次连接；电机17驱动基座18和旋转立柱 20旋转，并带动阔张机构M水平旋转；电机21通过丝杆19驱动滑架22上下垂直运动 ’转移台I 2中的滑架22的上下垂直运动可将阔张杆25向下伸入或向上退出被夹持座I 3夹持的A瓶15的瓶盖沈的凹槽，阔张杆25在气缸23的驱动下阔张将瓶盖沈顶紧，滑架22 向上或向下垂直运动，可以打开或密封A瓶15，而在A瓶15被解除夹持时，滑架22的上下和水平二维运动的配合下，可以实现A瓶15在夹持座I 3上的取和放，或在瓶架I 14上的取和放。同理，当本发明中的转移台II 5中的滑架22、阔张机构M、瓶架II、夹持座II 4配合，可以实现B瓶15的开启或密封，或在瓶架II或夹持座II 4上的取和放；本发明中的转移台I 2、转移台II 5的结构和功能相似。图5是本发明中的转移台III和夹持座I的结构示意图。在图5中，电机17与基座 18、旋转立柱20、电机21依次连接；丝杆19置于旋转立柱20内部，上端与电机21连接，下端与基座18连接，中段与滑架22、电动移液器观依次连接；电机17驱动基座18和旋转立柱20旋转，并带动电动移液器观水平旋转；电机21通过丝杆19驱动滑架22上下垂直运动，可将电动移液器观的取样头四向下伸入或向上退出被夹持座I 3夹持的A瓶15 ；同理，当电动移液器28位于被夹持座II 4夹持的A瓶15正上方时，电机21通过丝杆19驱动滑架22上下垂直运动，可将电动移液器观的取样头四向下伸入或向上退出被夹持座II 4 夹持的B瓶；电动移液器28在滑架22的上下和水平二维运动的配合下，可以从被夹持座I 3夹持的A瓶中定量吸取样品，并转移至被夹持座II 4夹持的B瓶中排放，实现样品的定量取样。 图6是本发明中的夹持座I中夹持机构I的结构示意图。在图6中，气缸I 30与滑块I 31连接并推动滑块I 31水平移动，气缸II 33与滑块II 32连接并推动滑块II 32水平移动；滑块I 31和滑块II 32的相向水平运动，可以夹持A瓶15，滑块I 31和滑块II 33 的背向水平移动，可以解除对A瓶15的夹持。
权利要求
1.一种液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置含有工作平台(11)，在工作平台(11)的上方设置有用于放置A瓶(15)的瓶架I (14)的转台I (1)、用于放置B瓶的瓶架II的转台II (6)、用于放置取样头的瓶架III的转台III (8)、用于转移A瓶(15)的转移台 I O)、用于转移B瓶的转移台II (5)、用于取样的电动移液器08)、用于转移电动移液器 (28)中样品的转移台III (7)、用于夹持A瓶(15)的夹持座I (3)、用于夹持B瓶的夹持座 II⑷；上述部件分别与自动控制系统(34)连接；所述的取样装置在转台III⑶和夹持座 I (3)之间电动移液器08)水平旋转的路径上设置有一用于检测电动移液器08)上取样头09)的工位状况的传感器(9)，传感器(9)与自动控制系统(34)连接；所述的液体自动取样装置的转台I (1)、夹持座I (3)、夹持座II 、转台II (6)依次呈线性排列，与转移台I⑵和转移台II (5)同位于工作平台(11)中轴线的一侧；转移台 I (2)和转移台II (5)分别与转台I (1)和夹持座I (3)、转台II (6)和夹持座II (4)形成三角形布局；转移台III (7)位于工作平台(11)中轴线的另一侧，与夹持座I (3)和夹持座II (4)形成三角形布局；转台III⑶位于转移台III (7)的正后方，转台III⑶与转移台 III (7)位于同侧；转移台I (2)与转台I⑴、夹持座I (3)配合用于完成A瓶(15)的开盖、 盖盖和A瓶(15)在转台I (1)与夹持座I (3)之间的位移；转移台II (5)与转台II (6)、夹持座II (4)配合用于完成B瓶的开盖、盖盖和B瓶在转台II (6)与夹持座II (4)之间的位移；转移台III (7)与转台III (8)、夹持座I (3)、夹持座II (4)配合用于完成取样头(29)在电动移液器08)上的安装、电动移液器08)从被夹持座I ( 夹持的A瓶(1 中取样， 并转移至被夹持座II (4)夹持的B瓶中排放。
2.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的转台I(1) 中的电机(12)、旋转台(13)和瓶架I (14)依次连接，电机(12)驱动旋转台(13)旋转并带动瓶架I (14)旋转；瓶架I (14)与旋转台(13)通过花键法兰(16)连接。
3.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的转移台 I (2)包括升降机构与旋转机构，升降机构中的电机(21)、丝杆(19)、滑架02)依次连接， 滑架02)上设置有气动的阔张机构04)；旋转机构中的电机(17)与基座(18)、旋转立柱 (20)连接；丝杆(19)置于旋转立柱00)内；所述的取样装置中的阔张机构04)的阔张杆 (25)在瓶盖06)顶端凹槽内阔张顶紧瓶盖( )，通过转移台I ( 的升降机构和旋转机构实现A瓶(15)在瓶架I (14)和在夹持座I (3)中的取和放，以及在瓶架I (14)和夹持座I⑶之间的位移；转移台I⑵的升降机构与夹持座I⑶的夹持机构I (XT)配合， 实现A瓶(15)的瓶盖06)的开启与密封。
4.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的转移台 III (7)包括升降机构与旋转机构，升降机构中的电机(21)、丝杆(19)、滑架02)依次连接， 滑架02)上设置有电动移液器08)；旋转机构中的电机(17)与旋转台I (2)的基座(18)、 旋转立柱00)连接；丝杆(19)置于旋转立柱00)内；所述的取样装置中的电动移液器 (28)通过转移台III (7)的升降机构和旋转机构实现从被夹持座I (3)夹持的A瓶(15)中吸取样品，转移至被夹持座II (4)夹持的B瓶中排放，进行样品的定量取样。
5.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的夹持机构 I (27)中的气缸为两个，两个气缸对称布置，两个气缸分别与一个聚乙烯V型滑块连接，两个滑块的V型口相对设置；汽缸I (30)推动滑块I (31)和汽缸II (3 推动滑块II (32)相向水平移动或背向水平移动，滑块I (31)和滑块II (32)的相向水平移动用于实现A瓶 (15)夹持，滑块I (31)和滑块II (32)的背向水平移动用于解除对A瓶(15)的夹持。
6.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的转移台 III (7)上的电动移液器08)的上部设置有用于屏蔽电离辐射的铅套。
7.根据权利要求1所述的液体自动取样装置，其特征是所述的取样装置的夹持座 I (3)和夹持座II (4)内均设置有聚乙烯塑料瓶套，瓶套底部开口，在瓶套的正下方设置有集液槽。
全文摘要
本发明提供一种液体自动取样装置，取样装置含有工作平台，工作平台上方的设置有用于放置A瓶的瓶架Ⅰ的转台Ⅰ、用于放置B瓶的瓶架Ⅱ的转台Ⅱ、用于放置取样头的瓶架Ⅲ的转台Ⅲ、用于转移A瓶的转移台Ⅰ、用于转移B瓶的转移台Ⅱ、用于转移电动移液器中样品的转移台Ⅲ、用于夹持A瓶的夹持座Ⅰ、用于夹持B瓶的夹持座Ⅱ共八个可运动的功能部件、一个电动移液器、一个传感器，以及分别与上述部件连接的一套自动控制系统。本发明的取样装置能在强电离辐射环境下对密封容器中的液体自动取样，能够对同一样品进行多次取样，也能够对不同样品进行连续取样，取样装置中的各个部件还可以独立运行。
文档编号G01N1/10GK102175489SQ201110068929
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者刘国平, 崔元萍, 席志国, 张华明, 李军格, 李轶美, 王小坤, 罗顺忠, 蹇源, 钟正坤, 陈静, 雷家荣, 魏洪源 申请人:中国工程物理研究院核物理与化学研究所
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