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MINICURSOS DO PET-QUÍMICA:

Apostila Origin PET Química UFVJM

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MINICURSOS DO PET-QUÍMICA:

!

Page 2: Apostila Origin PET Química UFVJM

Sumário

!1. Introdução! 3!

1.1 Importando arquivos! 3!

1.2 Realizando Cálculos em Planilhas! 6!

1.3 Regressão Linear! 6!

2. Aplicação em Química Analítica! 8!

2.1. Parte prática! 10!

3. Aplicação em Inorgânica! 13!

3.1. Catálise do Peróxido de Hidrogênio! 13!

4. Aplicação em físico-química! 18!

4.1. Isoterma de adsorção! 18!

5. Aplicação em Bioquímica! 27!

5.1. Titulação de Aminoácidos! 27

Page 3: Apostila Origin PET Química UFVJM

1. Introdução ! O Origin® 8.0 é um dos softwares matemáticos mais utilizados nas

universidades em todo o mundo. Devido à sua versatilidade é possível utilizá-lo para

diversas tarefas, como cálculos avançados (diferenciais e integrais), cálculos

estatísticos, regressão linear e polinomial, bem como plotar os mais diversos tipos

de gráficos, provenientes de diversas fontes, tais como equipamentos de laboratório:

CLAE (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência), espectrofotômetros (UV-VIS,

Infravermelho), potenciostatos (voltametria, amperometria, impedância); e também a

partir de tabelas criadas no mesmo ou de arquivos separados por vírgula (csv).

Com uma ferramenta tão poderosa, é necessário um conhecimento básico de

informática para usufruir de todo o seu potencial. Pensando nisso, elaboramos esta

apostila a fim de se fazer um apanhado geral das principais funções e utilidades do

software.

!1.1 Importando arquivos

Para se trabalhar com o Origin é necessário conhecer um pouco sobre

extensões de arquivos, como .jpg ou .jpeg (imagem), .pdf (portable document

format), .csv (arquivos de texto separados por vírgula), etc. Cada tipo de arquivo é

aberto por um aplicativo específico e o origin trabalha com uma gama de arquivos

diferentes. Se já houver um projeto iniciado e salvo, sua edição é mais fácil,

podendo ser feita clicando diretamente no arquivo ou selecionando a opção

“abrir" (File>open) no programa. Para outros tipos de arquivo, diversas opções de

importação estão disponíveis (figura 1).

Como sugestão, uma das melhores maneiras de se importar um arquivo

proveniente de um software de um equipamento, como potenciostato ou

espectrofotômetro, é importar o arquivo como “Multiple ASCII” (File>Import>Multiple

ASCII), que engloba uma gama de formatos diferentes. Um atalho na barra de

ferramentas está disponível (figura 1 - a).

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Page 4: Apostila Origin PET Química UFVJM

Fig. 1: Importando arquivos

Ao clicar na opção, abrirá uma janela com área de navegação (local onde

será selecionado o arquivo no seu computador) e o tipo de arquivo. Geralmente

aparecerá para importar o arquivo como formato .DAT, e o aplicativo provavelmente

não reconhecerá o dado. Deve-se alterar a opção para “todos os arquivos” (all files),

para que o programa os reconheça.

Fig. 2: Tipos de arquivos

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Page 5: Apostila Origin PET Química UFVJM

Dê um duplo clique em cada arquivo para adicioná-los à planilha que será

aberta. Em seguida uma nova janela será aberta com algumas opções para importar

os dados. Dentro da opção “Import Options/Import Mode” clique na seta do botão

onde está escrito “Replace Existing Data”, selecione “Start New Columns”, depois

desmarque a opção “Results Log Output” e finalmente clique em “OK”.

Dependendo da quantidade de dados a serem plotados no mesmo gráfico,

diversas colunas serão mostradas na planilha principal. Antes de plotar os gráficos,

devemos selecionar os eixos “X" e “Y”. Para isso, selecione as colunas clicando na

parte superior das mesmas e arraste o cursor até a última coluna preenchida, clique

com o botão direito do mouse/trackpad>Set As>XYXY. Após feito isso, na parte

inferior esquerda existem diversas opções para o gráfico (linhas, pontos, barras,

etc.), clique em uma delas e o gráfico será plotado.

Fig. 3: Selecionando os eixos do gráfico

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Page 6: Apostila Origin PET Química UFVJM

1.2 Realizando Cálculos em Planilhas

! Pode-se realizar diversos tipos de cálculos dentro de uma planilha do Origin. Por exemplo, para o cálculo de concentração, podemos montar uma coluna com os volumes e outra com os números do mols, ou vice-versa. Cálculos do tipo multiplicação, divisão, soma, subtração, adição, potência, raiz quadrada, etc., podem ser realizados através de notações computacionais simples como: * (multiplicação); / (divisão); + ou - (para adição e subtração); ^ (para potência); sqr (raiz quadrada), etc.

Quando desejar fazer alguma operação em alguma coluna, selecione-a,

clicando no título da coluna e depois clique com o botão direito e em seguida clique

em “set column values” e então realize os cálculos utilizando do comando seguido

da coluna de interesse (col(a), por exemplo).

!1.3 Regressão Linear

Por ultimo, pode-se fazer um ajuste linear dos dados. Este ajuste é analítico,

está baseado no método de mínimos quadrados, e permitirá obter os valores dos

dois coeficientes da reta que melhor ajusta o conjunto de dados experimentais. Para

fazer o ajuste selecione o Menu "Analysis" e dentro deste menu escolha a opção "Fit

Linear". Deve aparecer então um gráfico com os dados da regressão linear.

Podemos observar no gráfico a curva do ajuste e os valores dos coeficientes da reta

Y = A + B * X assim como seus erros que aparecem em uma caixa de texto. Com

isto temos um roteiro básico para poder obter um gráfico dos dados e fazer o ajuste

linear por mínimos quadrados. Obviamente que o programa apresenta um grande

numero de procedimentos que não são explicados aqui, mas podem ser

rapidamente aprendidos com o uso.

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Page 7: Apostila Origin PET Química UFVJM

Exemplo de regressão linear:

!Plotar a curva da solubilidade em função da temperatura.

!

Digitar os dados na tabela em seus respectivos eixos e plotar um gráfico de pontos.

Em seguida, seguir os procedimentos descritos acima e fazer a regressão linear.

eixo X t ºC 0 4 9 15 22

eixo Y s 0,300 0,270 0,230 0,190 0,157

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Page 8: Apostila Origin PET Química UFVJM

2. Aplicação em Química Analítica!

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Tabela 1: Dados para serem tratados

Figura 4: Tela do Origin com os dados carregados.

Page 9: Apostila Origin PET Química UFVJM

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Figura 5: Tela com as colunas marcadas para poder obter o gráfico.

Figura 6: Gráfico obtido a partir dos dados da tabela 1.

Page 10: Apostila Origin PET Química UFVJM

2.1. Parte prática !• Obtenção de um gráfico referente a uma curva de titulação

• Inserir os dados da tabela 2 em uma coluna do Origin.

• Plotar o gráfico e ajustar um modelo matemático que se adeque ao

comportamento experimental.

• Obter o volume de equivalência da titulação através do método da primeira

derivada e do método da segunda derivada.

!

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Page 11: Apostila Origin PET Química UFVJM

• Tratamento de dados referentes a uma análise química

• Uma solução de níquel foi tratada com solução de 1-nitroso-2- naftol (1N2N), e o

complexo formado foi transferido para um líquido orgânico que foi colocado em

contato com a solução aquosa (extração líquido-líquido). Diferentes

concentrações de 1N2N foram utilizadas, para avaliar o comportamento de

extração do níquel em função da quantidade de complexante. A tabela 3 mostra

os dados referentes a este experimento, sendo que a quantidade de níquel foi

determinada via Espectrometria de Absorção Atômica com Chama (EAAC).

Os dados referentes à curva de calibração estão exibidos na Tabela 4.

• Plotar o gráfico de [Ni] x Abs e ajustar o modelo matemático para obter a

equação da curva de calibração (Dados tabela 4). �11

Page 12: Apostila Origin PET Química UFVJM

• Tratar os dados da análise química, calculando a porcentagem de extração (%E)

para cada análise e obtendo a média e o desvio padrão para cada uma das

proporções diferentes de 1N2N usadas.

%E = (número de mols na FS / número de mols total) x 100

• Calcular o coeficiente de variação para cada uma das proporções.

• Plotar um gráfico de proporção de 1N2N x %E, considerando o desvio-padrão.

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Page 13: Apostila Origin PET Química UFVJM

3. Aplicação em Inorgânica !!3.1. Catálise do Peróxido de Hidrogênio

Essa prática consiste em introduzir o conceito de catálise e catálise heterogênea

através da reação de decomposição do H2O2. Comparar a eficiência do catalisador

utilizado, MnO2 e discutir o efeito de tamanho de partícula.

• Procedimento

O potencial catalítico dos materiais foi analisado por meio da degradação do

peróxido de hidrogênio (H2O2). O sistema consiste no deslocamento do embolo de

uma seringa, promovido pelo desprendimento de O2 da reação de catálise.

i) Monte o aparato conforme Figura 1 ou semelhante.

ii) Coloque em um kitassato 15 mL de H2O destilada e 0,01 g de MnO2 (catalisador).

iv) Com auxílio de uma pipeta de Pasteur, transfira 1,0 mL da solução de H2O2 3%

m/v (10 volumes) para o frasco reacional (kitassato) e acione o cronômetro.

iii) Tampe o kitassato com um septo de borracha.

iv) Faça leituras de volume em 5s, 10s, 15s, 20s, 30s, 40s, 50s, 60s, 80s, 100s.

v) Durante a reação, o gás O2 formado pela decomposição do H2O2 entrará na

seringa e empurrará o embolo. Permitindo aferir o volume de O2 produzido pela

reação.

!

!

Figura 1: Esquema do ambiente reacional.

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Page 14: Apostila Origin PET Química UFVJM

Dados:

!Depois de coletar os dados gera-se o gráfico para analise da reação.

Primeiramente copia-se os dados na tabela do Origin. E seleciona-se as duas

primeiras colunas para iniciar o tratamento de dados. Como mostra a figura abaixo.

!

Depois de selecionar os dados clica-se no ícone para gerar o gráfico

correspondente.

!

Tempo (s) Volume (ml)

0 0 0 0

5 3 5 4

10 4 5,5 5

15 4,5 6 5

20 4,5 6,5 7

30 6 7,5 7,5

40 8 9 8,5

50 9 10 10

60 10 10,5 11,5

80 12 11,1 14

100 14 13 14

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Page 15: Apostila Origin PET Química UFVJM

!!!!!!!!!!!Para melhor estética do gráfico coloca-se bordas nele. Para isso de duplo clique

na escala lateral do gráfico e de um duplo clique no eixo y, irá abrir uma nova caixa,

selecione, Title & Format e selecione Top, marque a opção "Show Axis & Ticks", em

seguida mude "Major Ticks" e "Minor Ticks" para "None" e aplique as modificações.

Repetir para o Right.

!�15

Page 16: Apostila Origin PET Química UFVJM

Depois deste procedimento deve-se fazer a regressão linear para obter a

equação da reta e assim obter a constante sugerida pelo experimento.

Primeiramente clica-se em "Analisys", posteriormente em "Fitting" e depois em "Fit

linear" e seleciona a primeira opção conforme a imagem abaixo:

!

!

!Com isso obtém-se o seguinte gráfico:

!

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Page 17: Apostila Origin PET Química UFVJM

A tabela que surgirá dentro do gráfico trás os parâmetros da regressão linear como coeficiente angular da reta, e o parâmetro de correlação linear que mede a relação entre as variáveis X,Y. Para copiar o gráfico para o Microsoft office word® clique em "edit" e posteriormente "Copy Page" como mostra a figura abaixo.

!

!

E depois é apenas colar no word.  

!

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Page 18: Apostila Origin PET Química UFVJM

4. Aplicação em físico-química !4.1. Isoterma de adsorção !Essa prática consiste em realizar o estudo da adsorção do ácido acético por carvão ativado e determinar a obediência ou não frente a isoterma de Freundlich. !

• Procedimento !Foram preparados 6 erlenmeyeres contendo alíquotas variadas de ácido

acético e água destilada. A seguir foram pesadas cuidadosamente e transferidas

para os erlenmeyers6alíquotas de carvão ativado contendo aproximadamente 2,5 g.

O material foi então agitado por alguns minutos em um agitador orbital e a seguir foi

transferido para tubos falcon para se proceder a centrifugação. Do sobrenadante

foram coletadas duas alíquotas de 10 mL em cada tubo e foram tituladas com as

soluções de hidróxido de sódio.

O mesmo procedimento foi realizado com mais 6 amostras. Porém essa

segunda batelada de amostras, após a agitação, permaneceu em repouso durante

uma semana em abrigo contra luz, para então se proceder a centrifugação e

titulação conforme as 6 primeiras amostras.

!Com esses procedimentos, foram obtidos os seguintes dados: Tabela 1 – Valores obtidos experimentalmente

Frasco Ac Acético Água Carvão Titulação NaOH

V (ml) V (ml) m (g) V (ml) V (ml) média

Titulação imediata

NaOH 0.1 mol/

L

1A 30 0 2,5008 27,4 26,0 26,7

2A 21 9 2,5158 15,8 16,1 15,95

3A 15 15 2,4994 9,9 9,9 9,9

NaOH 0.05 mol/L

4A 9 21 2,5007 8,2 8,4 8,3

5A 6 24 2,5020 4,1 3,9 4

6A 5 25 2,5556 2,8 2,8 2,8

Titulação

NaOH 0.1 mol/

L

1B 30 0 2,5518 25,0 24,8 24,9

2B 21 9 2,5076 14,9 15,3 15,1

3B 15 15 2,5018 9,0 8,6 8,8

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Page 19: Apostila Origin PET Química UFVJM

! !!Tabela 2 – Valores obtidos após tratamento matemático

!Vamos fazer o gráfico de Cequilíbrio versus a razão x/m para a titulação efetuada

de forma imediata, (amostras A). Digite os dados nas colunas correspondentes ao x

e ao y, selecione-as e clique no local indicado pela seta.

Em "UNITS" coloque a unidade desejada, neste caso g/L.

Titulação após uma

semana

!!NaOH 0.05 mol/L

4B 9 21 2,5050 6,9 6,6 6,75

5B 6 24 2,4918 2,6 2,7 2,65

6B 5 25 2,5070 1,7 1,8 1,75

FrascoAcido Acético (g/L)

X (g) x/m Ln x/m LnCCinicial Cequilibrio

1A 24,02 16,03 0,2396 0,0958 -2.3454 2.7747

2A 16,81 9,58 0,2171 0,0863 -2.4501 2.2595

3A 12,01 5,94 0,1820 0,0728 -2.6201 1.7825

4A 7,21 2,49 0,1414 0,0566 -2.8726 0.9131

5A 4,80 1,20 0,1081 0,0432 -3.1419 0.1832

6A 4,00 0,84 0,0949 0,0371 -3.2934 -0.1735

1B 24,02 14,95 0,2720 0,1066 -2.2387 2.7049

!2B

!16,81

!9,07

!0,2324

!0,0927

!-2.3786

!2.2047!

3B!

12,01!

5,28!

0,2018!

0,0806!

-2.5176!

1.6648!4B

!7,21

!2,03

!0,1554

!0,0620

!-2.7802

!0.7064!

5B!

4,80!

0,80!

0,1203!

0,0483!

-3.0312!

-0.2286!6B

!4,00

!0,53

!0,1043

!0,0416

!-3.1792

!-0.6435

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Page 20: Apostila Origin PET Química UFVJM

!!!!!!!!!! Depois, de um duplo clique no eixo y, irá abrir uma nova caixa, selecione, Title

& Format e selecione Top, marque a opção "Show Axis & Ticks", em seguida mude

"Major Ticks" e "Minor Ticks" para "None" e aplique as modificações. Repetir para o

Right.

!

! Para fazer a regressão desse gráfico, deve-se clicar em "Analisys",

posteriormente em "Fitting" e depois em "Fit Polynomial" conforme a imagem abaixo:

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Page 21: Apostila Origin PET Química UFVJM

!

! Ao abrir uma nova caixa clique em "OK"

!!!!!!!!!!!!!!!

!!!

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Page 22: Apostila Origin PET Química UFVJM

!O resultado obtido está demonstrado na figura abaixo:

!!!!!!!!!!!!!!! Para copiar para o word é só clicar em "edit" e depois em "copy page",

conforme a imagem a seguir.

!

!

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Page 23: Apostila Origin PET Química UFVJM

! Depois disso ao colar no word ficará dessa forma:

! !Figura 2:Gráfico.Cequilíbriovs x/m !

  Copiando  dessa  forma,  ao  dar  um  duplo  clique  na  imagem  que  está  no  word,  ela  é  aberta  no  

origin  podendo  ser  modificada.

!Como se pode observar, a relação entre os fatores analisados teve

comportamento exponencial, revelando que a adsorção é mais eficiente para

concentrações menores do adsorbato, desde que a massa do adsorvente seja

mantida constante e que o adsorvente tende a um efeito de saturação dos seus

sítios ativos. Essa saturação evidencia que a partir de certa concentração a massa

de adsorvente devera ser aumentada ou não se retirará a espécie do meio.

Agora, vamos fazer o gráfico de Ln de Cequilíbrio versus o Ln da razão x/m para a

titulação efetuada de forma imediata, (amostras A).

Conforme mostrado anteriormente, selecione os dados indicados acima, cada

um no seu respectivo lugar (eixo x ou eixo y) e clique no botão .

!Dê duplo clique no eixo y, note que a janela já se abre no local que deve ser

alterado, observe que a escala esta em "decimal: 1000".

!!

0 4 8 12 16

0,04

0,06

0,08

0,10

x/m

[equilibrio] (g/L)

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Page 24: Apostila Origin PET Química UFVJM

!!!!!!!!!!!!!Para isso, troque em "DISPLAY" de decimal para "Scientific: 1E3" !!!!!!!!!

!!!! Posteriormente a modificação basta clicar em "aplicar". Continuando as alterações complete as linhas do gráfico modificando em Top e em Right como ensinado anteriormente. Neste caso, ocorre uma pequena modificação para realizar a regressão. Por se tratar de uma reta deve-se clicar em "Analisys" depois em "Fitting" e finalmente em "Fit Linear", conforme a figura abaixo. !

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Page 25: Apostila Origin PET Química UFVJM

!

! ! O resultado está demonstrado na figura abaixo: ! !!!!!!!!!!!!!

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Page 26: Apostila Origin PET Química UFVJM

O processo para colar no word ocorre da mesma forma que o anterior. !!

!

!Esse gráfico mostra que a relação entre a massa adsorvida, massa do

adsorvente e a concentração do adsorbato em solução no equilíbrio.Quanto mais

positiva é a relação x/m (massa adsorvida/massa do adsorvente) maior será a

concentração do equilíbrio indicando que o processo de saturação dos sítios de

adsorção esta chegando ao limite.

!Exercício: Repita os procedimentos para as amostra B visando encontrar os

gráficos correspondentes.

!

0,00 0,75 1,50 2,25 3,00-3,4

-3,2

-3,0

-2,8

-2,6

-2,4

-2,2

ln x/m

ln [eq]

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Page 27: Apostila Origin PET Química UFVJM

5. Aplicação em Bioquímica

5.1. Titulação de Aminoácidos

Nesta titulação adicionaremos lentamente uma base ou um ácido a soluções de Aminoácidos permitindo a obtenção dos respectivos pKas. A curva de titulação mostra como varia o pH em função de equivalentes do titulante (ácido ou base forte) adicionados. Para um aminoácido, deve-se observar no mínimo dois patamares nessa curva correspondendo à titulação dos grupos carboxilato e a-amino, respectivamente. No meio de cada um desses patamares hã um ponto de inflexão, cujo valor de pH é numericamente igual ao pKa do grupo correspondente. Essa relação numérica entre pH e pKa é facilmente compreensível da análise da equação de Henderson-Hasselbalch.

Objetivo

• Identificação de um aminoácido através de seu pkas

Material e Reagente

• Bureta de 50 ml

• Béquer de 1L

• pHmetro

• Tampão pH 7,0

• Tampão pH 4,0

• Solução de KOH 0,5 M

• Solução de Tirosina 0,1M pH 1

• Solução de Histidina 0,1M pH 1

• Solução de Arginina 0,1 M pH 1

Procedimentos

1. Colocar 50ml do aminoácido em um béquer e titular com solução de KOH medindo o pH após a adição de 1ml da amostra atá atingir o pH 12.

2. Determinar os pkas dos aminoácidos desconhecidos e comparar com os dados fornecidos pela tabela, para sua identificação.

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Page 28: Apostila Origin PET Química UFVJM

Tabela 1: Valores de pk obtidos na literatura para diferentes aminoácidos

(NELSON e COX, 2011)

Resultados de Discussão

Fazer uma curva de titulação dos aminoácidos. Para isso construir um gráfico de pH (ordenada) x Volume de KOH (abscissa). Identificar o aminoácido através dos valores obtidos de pI ( ponto de inflexão) e pkas, comparando com a literatura.

!PASSO A PASSO ORIGIN

1. Escreva os dados a serem tabelados nas colunas A(X) e B(Y)

!!!!!!!!

Aminoácido pK pK pK pI

Alanina

2,34

9,69

-

6,01

Asparagina

2,02

8,80

-

5,41

Arginina

2,17

9,04

12,48

10,76

Aspartato

1,88

9,60

3,65

2,77

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Page 29: Apostila Origin PET Química UFVJM

2. Selecione todos os dados e clique com o botão direito e seleciona a opção SET AS (XY XY)

!!!!!!!

!3. Feito isso, clique no botão no canto inferior esquerdo para plotar o gráfico.

!!

!!

4. De um duplo clique no eixo y, irá abrir uma nova caixa, selecione, Title &

Format e selecione Top, marque a opção "Show Axis & Ticks", em seguida

mude "Major Ticks" e "Minor Ticks" para "None" e aplique as modificações.

Repetir para o Right.

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Page 30: Apostila Origin PET Química UFVJM

!

5. De um clique na letra B (eixo das ordenadas) e digite a representação do eixo, faça o mesmo na letra A (eixo das abscissas).

!!!

!!

!!!

6. Resultado demonstrado na figura abaixo.

!

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