手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學活性的單體,固定在矽膠或其它聚合物上製成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。通tong過guo引yin入ru手shou性xing環huan境jing使shi對dui映ying異yi構gou體ti間jian呈cheng現xian物wu理li特te征zheng的de差cha異yi,從cong而er達da到dao光guang學xue異yi構gou體ti拆chai分fen的de目mu的de。要yao實shi現xian手shou性xing識shi別bie,手shou性xing化hua合he物wu分fen子zi與yu手shou性xing固gu定ding相xiang之zhi間jian至zhi少shao存cun在zai三san種zhong相xiang互hu作zuo用yong。這zhe種zhong相xiang互hu作zuo用yong包bao括kuo氫qing鍵jian、偶級-偶級作用、π-π作用、靜電作用、疏shu水shui作zuo用yong或huo空kong間jian作zuo用yong。手shou性xing分fen離li效xiao果guo是shi多duo種zhong相xiang互hu作zuo用yong共gong同tong作zuo用yong的de結jie果guo。這zhe些xie相xiang互hu作zuo用yong通tong過guo影ying響xiang包bao埋mai複fu合he物wu的de形xing成cheng,特te殊shu位wei點dian與yu分fen析xi物wu的de鍵jian合he等deng而er改gai變bian手shou性xing分fen離li結jie果guo。由you於yu這zhe種zhong作zuo用yong力li較jiao微wei弱ruo,因yin此ci需xu要yao仔zai細xi調tiao節jie、優化流動相和溫度以達到最佳分離效果。。
在(zai)手(shou)性(xing)拆(chai)分(fen)中(zhong),溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)很(hen)顯(xian)著(zhu)的(de)。低(di)溫(wen)增(zeng)加(jia)手(shou)性(xing)識(shi)別(bie)能(neng)力(li),但(dan)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)色(se)譜(pu)峰(feng)變(bian)寬(kuan)而(er)導(dao)致(zhi)分(fen)離(li)變(bian)差(cha)。因(yin)此(ci)確(que)定(ding)手(shou)性(xing)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)過(guo)程(cheng)中(zhong)要(yao)考(kao)慮(lv)柱(zhu)溫(wen)的(de)影(ying)響(xiang),確(que)定(ding)最(zui)優(you)柱(zhu)溫(wen)。
迄今為止,尚沒有一種類似十八烷基鍵合矽膠(ODS)zhudepubianshiyongdeshouxingzhu。butonghuaxuexingzhideyigoutibudebucaiyongbutongleixingdeshouxingzhu,ershishoudeshouxingsepuzhutongchangjiageanggui,yinciruhegenjuhuahewudefenzijiegouxuanzeshiyongdeshouxingsepuzhushifeichangzhongyaode。
根據手性固定相和溶劑的相互作用機製,Irving Wainer首次提出了手性色譜柱的分類體係:
第1類:通過氫鍵、π-π作用、偶級-偶級作用形成複合物。
第2類:既有類型1中的相互作用,又存在包埋複合物。此類手性色譜柱中典型的是由纖維素及其衍生物製成的手性色譜柱。
第3類:基於溶劑進入手性空穴形成包埋複合物。這類手性色譜柱中最典型的是由Armstrong教授開發的環糊精型手性柱[2],另外冠醚型手性柱和螺旋型聚合物,如聚(苯基甲基甲基丙烯酸酯)形成的手性色譜柱也屬於此類。
第4類:基於形成非對映體的金屬絡合物,是由Davankov開發的手性分離技術,也稱為手性配位交換色譜(CLEC)。
第5類:蛋白質型手性色譜柱。手性分離是基於疏水相互作用和極性相互作用實現。
但由於市場上可選擇的手性色譜柱越來越多,此分類係統有時很難將一些手性柱歸納進去。因此參考Irving Wainer的分類方法,根據固定相的化學結構,將手性色譜柱分為以下幾種:
刷(Brush)型或稱為Prikle型
纖維素(Cellulose)型
環糊精(Cyclodextrin)型
大環抗生素(Macrocyclic antibiotics)型
蛋白質(Protein)型
配位交換(|Ligand exchange)型
冠醚(Crown ethers)型
刷型:
刷型手性色譜柱的出現和發展源於Bill Prikle及其同事的卓越工作。六十年代,Bill Prikle將手性核磁共振中的成果運用到手性HPLC固定相研究中,通過不斷實踐,發明了應用範圍較廣、柱效很好的手性色譜柱。
刷型手性色譜柱是根據三點識別模式設計的,屬於Irving Wainer分類中的第一種類型。
刷型手性固定相分為π電子接受型和π電子提供型兩類。最常見的π電子接受型固定相是由(R)-N-3,5-二硝基苯甲酰苯基甘氨酸鍵合到γ-氨丙基矽膠上的製成。此類刷型手性色譜柱可以分離許多可提供π電子的芳香族化合物,或用氯化萘酚等對化合物進行衍生化後進行手性分離。
π電子供給型固定相常見的是共價結合到矽膠上的萘基氨基酸衍生物,這種固定相要求被分析物具有π電子接受基團,例如二硝基苯甲酰基。醇類、羧酸類、胺類等,可以用氯化二硝基苯甲酰、異腈酸鹽、或二硝基苯胺等進行衍生化後,用π電子供給型固定相達到手性分離。
刷型固定相的優勢在於其易於合成。合成方法在Bill Prikle的(de)著(zhu)作(zuo)中(zhong)有(you)詳(xiang)細(xi)的(de)說(shuo)明(ming)。另(ling)外(wai),刷(shua)型(xing)固(gu)定(ding)相(xiang)具(ju)有(you)高(gao)的(de)容(rong)量(liang)因(yin)子(zi),因(yin)此(ci)具(ju)有(you)高(gao)的(de)選(xuan)擇(ze)因(yin)子(zi)。它(ta)的(de)不(bu)利(li)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)它(ta)僅(jin)對(dui)芳(fang)香(xiang)族(zu)化(hua)合(he)物(wu)有(you)效(xiao),有(you)時(shi)不(bu)得(de)不(bu)進(jin)行(xing)衍(yan)生(sheng)化(hua)反(fan)應(ying)。但(dan)值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi),這(zhe)種(zhong)衍(yan)生(sheng)化(hua)反(fan)應(ying)是(shi)非(fei)手(shou)性(xing)衍(yan)生(sheng)反(fan)應(ying),所(suo)以(yi)不(bu)存(cun)在(zai)手(shou)性(xing)衍(yan)生(sheng)的(de)問(wen)題(ti)。刷(shua)型(xing)手(shou)性(xing)色(se)譜(pu)使(shi)用(yong)的(de)流(liu)動(dong)相(xiang)基(ji)本(ben)是(shi)極(ji)性(xing)弱(ruo)的(de)有(you)機(ji)溶(rong)劑(ji),這(zhe)對(dui)於(yu)製(zhi)備(bei)色(se)譜(pu)來(lai)講(jiang)未(wei)必(bi)是(shi)缺(que)點(dian)。
近來,刷型固定相出現了π電子供給和接受基因的混合固定相。如:WHELK-O和BLAMO,及α-BURKE-Ⅱ固定相。α-BURKE-Ⅱ相十分適用於β-阻斷劑的手性分離。典型的流動相為二氯甲烷-乙醇-甲醇混合物,比例為85:10:5。加入10mM醋酸銨可以調整保留時間。SS BLAMO Ⅱ,同時具有π電子供體區和受體區,形成手性裂縫,因此對於某些分子具有很高選擇性。
纖維素型:
纖維素型手性色譜柱的分離作用包括相互吸引的作用及形成包埋複合物。它們屬於Wainer分類中的第2種類型。市售的手性色譜柱為微晶三醋酸基、三安息香酸基、三san苯ben基ji氨an基ji酸suan鹽yan纖xian維wei素su固gu定ding相xiang。很hen多duo化hua合he物wu可ke通tong過guo此ci類lei型xing的de色se譜pu柱zhu得de到dao分fen離li。這zhe種zhong類lei型xing的de手shou性xing色se譜pu柱zhu種zhong類lei也ye很hen齊qi全quan。流liu動dong相xiang使shi用yong低di極ji性xing溶rong劑ji,典dian型xing的de流liu動dong相xiang為wei乙yi醇chun-己烷混合物。但特別要注意由於氯可以使纖維素從矽膠上脫落,因此要確保流動相中無含氯溶劑。
這種類型的手性色譜柱主要的製造商之一是日本的Daicel公司,他們生產的纖維素酯和氨基甲酸纖維素柱可以分離多種生物堿和藥物。特別值得一提的是OD柱。在某手性化合物異構體的分離中,分離度超過了25,這意味著載樣量可以很高,對於製備十分有利。
纖維素固定相的每個單元都為螺旋型,而且這種螺旋結構還存在極性作用、π-π作(zuo)用(yong)及(ji)形(xing)成(cheng)包(bao)埋(mai)複(fu)合(he)物(wu)等(deng)手(shou)性(xing)分(fen)離(li)因(yin)素(su)。澱(dian)粉(fen)代(dai)替(ti)纖(xian)維(wei)素(su)製(zhi)成(cheng)的(de)此(ci)類(lei)手(shou)性(xing)柱(zhu)顯(xian)示(shi)了(le)和(he)纖(xian)維(wei)素(su)柱(zhu)不(bu)同(tong)的(de)選(xuan)擇(ze)性(xing),但(dan)是(shi)穩(wen)定(ding)性(xing)較(jiao)差(cha)。因(yin)為(wei)澱(dian)粉(fen)是(shi)水(shui)溶(rong)性(xing)的(de),因(yin)此(ci)流(liu)動(dong)相(xiang)中(zhong)必(bi)須(xu)絕(jue)對(dui)無(wu)水(shui)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)柱(zhu)子(zi)壽(shou)命(ming)。目(mu)前(qian)此(ci)類(lei)型(xing)的(de)柱(zhu)子(zi)能(neng)分(fen)離(li)80%左右可能麵臨到的所有手性化合物。此類柱子通常用於正相係統,用正己烷-乙醇,正己烷-異丙醇混合溶劑為流動相。OD柱(zhu)也(ye)可(ke)用(yong)於(yu)反(fan)相(xiang)的(de)情(qing)況(kuang),但(dan)流(liu)動(dong)相(xiang)必(bi)須(xu)含(han)有(you)高(gao)濃(nong)度(du)的(de)高(gao)氯(lv)酸(suan)鹽(yan)緩(huan)衝(chong)液(ye),以(yi)防(fang)止(zhi)固(gu)定(ding)相(xiang)溶(rong)解(jie)。即(ji)使(shi)這(zhe)樣(yang),使(shi)用(yong)較(jiao)長(chang)時(shi)間(jian)以(yi)後(hou)色(se)譜(pu)柱(zhu)也(ye)難(nan)免(mian)要(yao)受(shou)到(dao)損(sun)害(hai),但(dan)是(shi)在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)使(shi)用(yong)反(fan)相(xiang)係(xi)統(tong)分(fen)離(li)效(xiao)果(guo)要(yao)優(you)於(yu)使(shi)用(yong)正(zheng)相(xiang)係(xi)統(tong)。
環糊精型:
環糊精是通過Bacillus Macerans dianfenmeihuohuanhujingtangjizhuanyimeishuijiedianfendedaodehuanxingdijutang。tongguokongzhihuanhujingzhuanyimeideshuijiefanyingtiaojiankededaobutongchicundehuanhujing。shishoudehuanhujingzhuyaoshiα、β、γ三種類型,分別含6、7、8個ge吡bi喃nan葡pu萄tao糖tang單dan元yuan。環huan糊hu精jing分fen子zi成cheng錐zhui筒tong型xing,構gou成cheng一yi個ge洞dong穴xue,洞dong穴xue的de孔kong徑jing由you構gou成cheng環huan糊hu精jing的de吡bi喃nan葡pu萄tao糖tang的de數shu目mu決jue定ding。環huan糊hu精jing類lei型xing及ji洞dong穴xue的de孔kong徑jing等deng見jian下xia表biao:
環糊精 糖元數目 洞穴孔徑 可進入洞穴的分子類型 手性中心數目
α 6 4.5-6.0 5-6元環的芳香族化合物 30
β 7 6.0-8.0 聯苯或萘 35
γ 8 8.0-10.0 取代芘和類固醇 40
2,3位仲羥基分布在環糊精洞口,6weiboqiangjizaihuanhujingfenzidewaibu,zheyiweizhedongxueneibushixiangduishushuidequyu。yonghuanhujingshouxinggudingxiangchanshengshouxingshibieyaoqiubeichaifenwudeshushuibufennengqianruhuanhujingdongxuezhong,xingchengkenide、穩定性不同的包合物,環糊精洞口的羥基和被拆分物的極性基團相互作用。
由(you)於(yu)形(xing)成(cheng)包(bao)合(he)物(wu)速(su)度(du)較(jiao)慢(man),因(yin)此(ci)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)色(se)譜(pu)峰(feng)峰(feng)形(xing)較(jiao)差(cha),同(tong)樣(yang)也(ye)影(ying)響(xiang)了(le)其(qi)在(zai)製(zhi)備(bei)色(se)譜(pu)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)。環(huan)糊(hu)精(jing)固(gu)定(ding)相(xiang)的(de)選(xuan)擇(ze)性(xing)取(qu)決(jue)分(fen)析(xi)物(wu)的(de)分(fen)子(zi)大(da)小(xiao);α-環糊精隻能允許單苯基或萘基進入,β-環糊精允許萘基及多取代的苯基進入,γ-環糊精僅用於大分子萜類。β-環糊精手性固定相應用範圍最廣。Ibuprofen通過β-環糊精色譜柱得到分離,說明了pH值對氫鍵的影響。當流動相的pH=7時,觀察不到拆分的跡象。pH=4時,可達到好的分離效果。通常分離氨基酸時,常采用低的pH值,以抑製酸性基團的離子化,同時也增強氨基的質子化。磷酸三乙胺鹽、乙酸三乙胺鹽證明對β-環糊精色譜柱來說是很好的緩衝液。通常緩衝液是0.1%三乙胺溶液,用磷酸或醋酸調節到合適的pH值。高的流速會降低形成複合物的能力,低流速分離效果較好,0.5-1ml/min的流速最好。另外,增加緩衝液的濃度可以克服流速的影響,因為它可以增加環糊精洞穴和流動相的吸引力。
常用緩衝液及其使用濃度如下表所示:
緩衝液 濃度 目的
TEAA(乙酸三乙胺鹽) 0.01-2% NH4NO3 10-500mM (用於減小包埋)
檸檬酸鹽 10-200mM (特別適合於酸性化合物)
醋酸銨 10-200mM
pH值選擇見下表:
醇和胺 pH4(加強NH的離子化) 酸 pH7
優化手性分離條件要考慮的方麵有:pH值對分離度的影響;流速對分離度的影響;柱溫、有機相比例、緩衝鹽濃度對分離度的影響。
環糊精的修飾:最(zui)近(jin),對(dui)環(huan)糊(hu)精(jing)的(de)修(xiu)飾(shi)使(shi)環(huan)糊(hu)精(jing)型(xing)手(shou)性(xing)色(se)譜(pu)柱(zhu)可(ke)以(yi)分(fen)離(li)更(geng)多(duo)的(de)化(hua)合(he)物(wu),並(bing)可(ke)用(yong)於(yu)氣(qi)相(xiang)手(shou)性(xing)色(se)譜(pu)分(fen)離(li)。衍(yan)生(sheng)化(hua)是(shi)通(tong)過(guo)將(jiang)不(bu)同(tong)的(de)基(ji)因(yin)鍵(jian)合(he)到(dao)環(huan)糊(hu)精(jing)洞(dong)穴(xue)表(biao)麵(mian)的(de)羥(qiang)基(ji)上(shang)。衍(yan)生(sheng)化(hua)反(fan)應(ying)包(bao)括(kuo)乙(yi)基(ji)化(hua)、S-羥基丙基化、生成S或R-萘基乙基氨基甲酸鹽、3,5二er甲jia基ji苯ben基ji氨an基ji甲jia酸suan鹽yan和he環huan狀zhuang對dui甲jia苯ben酰xian酯zhi。這zhe些xie新xin型xing的de環huan糊hu精jing固gu定ding相xiang有you許xu多duo優you點dian,它ta們men可ke以yi分fen離li更geng多duo化hua合he物wu,價jia格ge上shang也ye有you競jing爭zheng力li,由you於yu改gai進jin了le手shou性xing識shi別bie能neng力li使shi其qi更geng適shi用yong於yu製zhi備bei色se譜pu。
配位交換型:
手性配位交換色譜(Chiral Ligand Exchange Chromatography,CLEC)由Davankov發明,是通過形成光學活性的金屬絡合物而達到手性分離,屬於Irving Wainer分類中的第4類手性固定相,主要用於分離氨基酸類。
由於此類固定相是由手性氨基酸—tongliziluohewujianhedaoguijiaohuojuhewushangxingcheng,yinciliudongxiangzhongbixuhanyoutongliziyibaozhengshouxinggudingxiangshangdetonglizibuzhiliushi。qitadeguodujinshuyuansuyeyiyongyushouxingpeiweijiaohuansepu,dantongliziyingyongzuiguang。xingchengluohewudeguochengshifenhuanman,yinciyoushixutigaozhuwen,zuijiawenduyue50℃。
手性配位交換色譜僅對α- 氨基酸和其類似物有效。β- anjisuanhennanyongshouxingpeiweijiaohuansepudeyifenli。shouxingpeiweijiaohuansepukeyongyuzhibei,youyuliudongxiangzhongcunzaitonglizi,suirantonglizinengyonglizijiaohuanzhuchuqu,danzengjialeyangpinchulidekunnan。
大環抗生素型:
大da環huan抗kang生sheng素su型xing手shou性xing色se譜pu柱zhu是shi最zui近jin發fa展zhan起qi來lai的de,通tong過guo將jiang大da環huan抗kang生sheng素su鍵jian合he到dao矽gui膠jiao上shang製zhi成cheng的de新xin型xing手shou性xing色se譜pu柱zhu。大da環huan抗kang生sheng素su型xing手shou性xing色se譜pu柱zhu的de出chu現xian歸gui功gong於yuDan Armstrong的貢獻。此類色譜柱常用的大環抗生素主要由三種:利福黴素(Rifamycin),萬古黴素(Vancomycin),替考拉寧(Ticoplanin)。利福黴素作為手性添加劑在毛細管電泳分離手性化合物方麵得到了成功運用。萬古黴素和替考拉寧分子結構中存在“杯”狀結構區和糖“平麵” 結構區。此類色譜柱性質穩定,可用於多種分離模式。手性分離基於氫鍵、π-π作用、形成包合物、離子作用和肽鍵等。
替考拉寧分子量為1885,結構中存在20個手性中心,3個糖基和4個環。酸性基團在多肽“杯”/ “裂層”的一端,堿性基團在它的另一端。酸性基團和堿性基團提供了離子作用點。糖基在三個平麵上,可折疊起來將化合物分子包埋在多肽“杯”中。
萬古黴素分子量為1449,結構中存在18個手性中心,3個環。萬古黴素具有“籃狀”結構,它的附近還有一個可彎曲的糖平麵,可將分析物分子包埋在“籃子”中。羧基和仲氨基分布在“籃子”的邊緣,參與和分析物分子產生離子作用。萬古黴素手性色譜柱可用於反相模式、正相模式和極性模式。萬古黴素手性色譜柱可以分離胺類、中性酰胺、脂類。但對於酸性化合物選擇性較低。在反相模式中,有機相常用四氫呋喃、乙腈和甲醇。水相常用三乙胺-乙酸緩衝液。色譜柱適用的pH範圍為4-7。通常優化堿性化合物手性分離條件時,選擇pH=7 為起點比較好。另外四氫呋喃、乙腈有最好的選擇性。有時采用純的甲醇和乙醇作流動相也可達到好的分離效果。萬古黴素手性色譜柱也可用正相模式,采用正己烷/乙醇為流動相。
萬古黴素手性色譜柱載樣量可以很大,非常適用於製備色譜。
蛋白質型:
蛋白質型手性色譜柱屬於第5種類型。分離依賴於疏水相互作用和極性相互作用。已經有多種蛋白質用於此類手性色譜柱。目前使用較多的是α-酸性糖蛋白(α-Acid Glycoprotein,AGP),人血清白蛋白(Human Serum Albumin,HSA),牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)和卵類粘蛋白(Ovomucoid,OV)。
α-酸性糖蛋白分子由181個氨基酸殘基和40個唾液酸(sialic acid) 殘基構成。α-酸性糖蛋白分子偏酸性,等電點為2.7。含有兩個二硫鍵,性質很穩定。α-酸性糖蛋白分子可以共價鍵合到矽膠上,製成手性色譜柱,可以分離許多化合物。
α-酸性糖蛋白手性色譜柱使用的流動相通常為pH 4-7的(de)磷(lin)酸(suan)鹽(yan)緩(huan)衝(chong)液(ye)和(he)很(hen)小(xiao)比(bi)例(li)的(de)有(you)機(ji)相(xiang)。有(you)機(ji)相(xiang)首(shou)選(xuan)異(yi)丙(bing)醇(chun),如(ru)達(da)不(bu)到(dao)分(fen)離(li)要(yao)求(qiu),可(ke)以(yi)嚐(chang)試(shi)乙(yi)腈(jing),乙(yi)醇(chun),甲(jia)醇(chun)或(huo)四(si)氫(qing)呋(fu)喃(nan)。有(you)機(ji)相(xiang)的(de)改(gai)變(bian)導(dao)致(zhi)蛋(dan)白(bai)結(jie)構(gou)發(fa)生(sheng)暫(zan)時(shi)的(de)改(gai)變(bian)。色(se)譜(pu)柱(zhu)的(de)負(fu)載(zai)量(liang)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao),典(dian)型(xing)的(de)負(fu)載(zai)量(liang)為(wei)0.02mg/ml的濃度樣品,進樣20μl。pH 的改變對手性選擇性起關鍵作用,尤其是胺類化合物。pH降低導致蛋白質負電荷的降低,引起胺類化合物保留時間減小,然而這意味著可以減小有機相比例,使選擇性增加,峰形改善。
通過調節有機相比例仍無法達到分離效果時,有時需用電荷調節劑。但這可能引起蛋白結構的永久改變,這些電荷調節劑包括丁酸、辛酸、癸酸和二甲基辛胺。有時也用到1,2 亞乙基二醇,1,2丁醇和氯化鈉。溫度對分離也有影響,溫度增加保留時間,減小分離因子。
人血清白蛋白(HSA)分子量為69,000,等電點為4.8。蛋白中認為存在兩個藥物結合位點:華法令-氮雜普魯帕宗(warfarin-azapropazone) 和苯基二氮雜-吲哚(benzodiazapine-indole)結合位點。流動相中加入辛酸,采用人血清白蛋白手性色譜柱可以有效分離benzodiazapine。Warfarin 和oxazepam也用人血清白蛋白手性色譜柱得到了分離,流動相組成為:100mM磷酸緩衝液pH7:乙腈:異丙醇 = 84:10:6。
牛血清白蛋白(BSA)為球型蛋白,分子量為66,000,等電點為4.7。此蛋白為一個單氨基酸鏈,通過17個二硫鍵形成9個雙環。許多化合物通過牛血清白蛋白手性色譜柱得到分離。牛血清白蛋白不如α-酸性糖蛋白穩定,一些有機溶劑(如乙腈、甲醇)可使蛋白變性,因此使用起來要特別注意。
卵類粘蛋白由蛋清中提取,分子量為55,000。它可分離大量的胺類和酸類化合物。
蛋白手性色譜柱的載樣量均較小。影響了蛋白手性色譜柱在製備色譜中的應用。
蛋白手性色譜柱在所有手性色譜柱中是應用最廣的色譜柱,但並不是效果最好的色譜柱。
冠醚型:
冠醚類固定相用於分離一級胺,一級胺必須質子化方能達到分離。因此必須使用酸性流動相,如高氯酸。最常用的是冠醚類固定相是18-冠-6,已有商品化產品,由Daicel公司製造。無論(+)或(-)型均可達到有效分離,並可通過變化(+)(-)類型而改變分析物出峰順序。冠醚作為添加劑也用於核磁共振和電泳,但由於其毒性較大,有致癌性,使其應用受到限製。
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