Neste trabalho, aplicamos pela primeira vez o método do Espalhamento Múltiplo Variacional (EMV) ao estudo de uma Iiga completamente desordenada. o método EMV leva a uma equação secular similar ao conhecido método ATA. Entretanto, a equação secular do EMV fornece um autovalor real da energia. Pelo uso de argumentos heurísticos, uma fórmula plausível é encontrada para a densidade de estados no espaço-k, e também para a variança do nível de energia. Consegue-se assim, um meio extremamente simpIes de cálculo da densidade de estados em energia. Estudamos a liga quaternária desordenada Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y, com o mesmo parâmetro de rede que o InP. Seis composições representativas são investigadas. O potencial para a liga foi obtido por parametrização dos compostos puros GaAs e InP Para as composições estudadas, obtemos a banda de valência completa em todos os pontos de simetria, a banda de condução, e a densidade de estados em energia. O EMV prediz que as bandas \"3s\" do P e \"4s\" do As estarão separadas o suficiente, para que seja possível uma confirmação experimental. O método EMV é muito rápido em comparação com o ATA e com o CPA, e parece ser uma alternativa real em determinados cálculos. O principal problema encontrado, o ajuste de potencial, também ocorre com ATA e com CPA. Entretanto, a possibilidade do uso de células unitárias aumentadas e de introdução de ordem de curto alcance, podem fornecer um futuro promissor ao EMV. / In this work, we apply for the first time the Variational Multiple-Scattering (VMS) method to the study of a completely random alloy. The VMS method leads to a secular equation quite similar to the well known ATA method. Nevertheless the VMS secular equation gives a real energy eigenvalue. Using heuristic arguments a very plausible formula was found for the k-space density of states and also for the energy level variance. This gives a quite simple way of calculation of the energy density of states. The case study is the quaternary random alloy Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y lattice-matched to InP. Six representative compositions are investigated. The alloy potential was obtained by parametrization of GaAs and InP compounds. For these alloy compositions we obtain the complete valence band symmetric levels, the conduction band, and the energy density of states. The VMS predicts that the P \"3s\" band and the As \"4s\" band are quite separated, and this is amenable to experimental investigation. The VMS method is extremely fast when compared to ATA and CPA, and seems to be a very plausible alternative to them in some calculations. The main problem found, that is the potential adjustment, also occurs with ATA and CPA. However the possibility of use of large unit cells and introduction of short-range order may give a promising future to VMS.

Neste trabalho, aplicamos pela primeira vez o método do Espalhamento Múltiplo Variacional (EMV) ao estudo de uma Iiga completamente desordenada. o método EMV leva a uma equação secular similar ao conhecido método ATA. Entretanto, a equação secular do EMV fornece um autovalor real da energia. Pelo uso de argumentos heurísticos, uma fórmula plausível é encontrada para a densidade de estados no espaço-k, e também para a variança do nível de energia. Consegue-se assim, um meio extremamente simpIes de cálculo da densidade de estados em energia. Estudamos a liga quaternária desordenada Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y, com o mesmo parâmetro de rede que o InP. Seis composições representativas são investigadas. O potencial para a liga foi obtido por parametrização dos compostos puros GaAs e InP Para as composições estudadas, obtemos a banda de valência completa em todos os pontos de simetria, a banda de condução, e a densidade de estados em energia. O EMV prediz que as bandas \"3s\" do P e \"4s\" do As estarão separadas o suficiente, para que seja possível uma confirmação experimental. O método EMV é muito rápido em comparação com o ATA e com o CPA, e parece ser uma alternativa real em determinados cálculos. O principal problema encontrado, o ajuste de potencial, também ocorre com ATA e com CPA. Entretanto, a possibilidade do uso de células unitárias aumentadas e de introdução de ordem de curto alcance, podem fornecer um futuro promissor ao EMV. / In this work, we apply for the first time the Variational Multiple-Scattering (VMS) method to the study of a completely random alloy. The VMS method leads to a secular equation quite similar to the well known ATA method. Nevertheless the VMS secular equation gives a real energy eigenvalue. Using heuristic arguments a very plausible formula was found for the k-space density of states and also for the energy level variance. This gives a quite simple way of calculation of the energy density of states. The case study is the quaternary random alloy Ga IND.1-x In IND.x As IND.1-y P IND.y lattice-matched to InP. Six representative compositions are investigated. The alloy potential was obtained by parametrization of GaAs and InP compounds. For these alloy compositions we obtain the complete valence band symmetric levels, the conduction band, and the energy density of states. The VMS predicts that the P \"3s\" band and the As \"4s\" band are quite separated, and this is amenable to experimental investigation. The VMS method is extremely fast when compared to ATA and CPA, and seems to be a very plausible alternative to them in some calculations. The main problem found, that is the potential adjustment, also occurs with ATA and CPA. However the possibility of use of large unit cells and introduction of short-range order may give a promising future to VMS.

No presente trabalho foi produzido H ´ANTPOT . 15 N ´O IND. 3´ enriquecido no isótopo ´ANTPOT. 15 N´ (5 a 90% em átomos de ´ANTPOT. 15 N ´) a partir da oxidação da ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ anidra previamente enriquecida. A metodologia proposta difere do método industrial, com relação à substituição da torre de absorção por um reator de hidratação de aço inoxidável revestido internamente com Teflon, sob refrigeração, em sistema de monopressão. No processo a ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ (g) foi oxidada em forno catalítico de Pt/Rh para obter ´ANTPOT. 15 NO´, que em uma segunda oxidação produz o ´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 2´. Esse, na presença de ´H IND. 2 O´, sob pressão e refrigeração forma o H ´ANTPOT . 15 N ´O IND. 3´ . O rendimento do processo foi avaliado em função da temperatura de oxidação da ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ anidra e da relação entre os gases (´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ e ´O IND. 2´), fazendo-se uso do fluxo total ou parcial dos gases pelo forno catalítico. Com base nas melhores condições (temperatura e proporção entre os gases) obtidas, foram realizados testes avaliando os parâmetros: tempo de passagem dos gases pelo leito catalítico; pressão no sistema; tempo de exaustão dos gases no reator de hidratação. Os testes foram realizados em triplicatas, empregando N ´H IND. 3´ anidra com abundância isotópica natural (0,366% em átomos ´ANTPOT. 15 N´). As melhores condições obtidas utilizando o reator de hidratação foram: uso do fluxo parcial dos gases; 50% em excesso de ´O IND.2´; temperatura de 500 ºC; 0,2 minuto de passagem dos gases pelo catalisador; pressão do sistema de 0,4 MPa; tempo de exaustão dos gases do reator de hidratação de 30 minutos e 500 mL de ´H IND. 2 O´ para hidratação dos gases. Nessas condições, foi possível a conversão (N-N´H IND.3´ à N-N ´O IND. 3´) de 62,2% e o balanço global de nitrogênio totalizou 86,8% obtendo-se cerca de 510 mL de solução 0,05 mol L-1 de H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´. No trabalho também foi avaliado o método convencional de produção do HN´O IND. 3´ no qual se utilizou uma coluna de aço inoxidável para a oxidação e hidratação dos gases. Os testes foram realizados em triplicatas, empregando-se as melhores condições obtidas com o reator de hidratação. Em termos de rendimento, os resultados demonstraram baixa eficiência da coluna de absorção, obtendo-se em média 18% de conversão e balanço global do nitrogênio totalizou 68%. O custo de produção do H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´ foi avaliado levando-se em consideração as melhores condições do processo e os resultados mostraram-se competitivos com o preço de produção internacional (FOB). A partir do H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´ foi possível a obtenção de fertilizantes nítricos (N ´H IND. 4´ ´ANTPOT. 15N´ ´O IND. 3´ marcado nas fontes nítricas e/ou amoniacal; K ´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 3´; Ca(´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 3´) IND. 2´) com elevado enriquecimento em ´ANTPOT. 15 N´. Nesses compostos foram realizados determinações do teor de nitrogênio nítrico (% N-N ´O IND. 3´) e da abundância isotópica (% átomos de ´ANTPOT. 15 N´). Os resultados evidenciaram pureza superior a 99% e ausência de fracionamento isotópico. / In the present work, H15NO3 enriched in the 15N isotope (5 to 90 % in 15N atoms) was produced from the oxidation of previously enriched anhydrous 15NH3. The proposed methodology differs from the one used in industry due to the replacement of the absorption tower with a stainless steel hydration reactor, internally lined with Teflon, under refrigeration in a monopressured system. In the process, the 15NH3 was oxidized inside a Pt/Rh catalytic furnace to obtain 15NO, which after a second oxidation becomes 15NO2. The latter, in the presence of H2O, under pressure and refrigeration becomes H15NO3. The process yield was evaluated according to the anhydrous 15NH3 oxidation temperature and the relation among the reagent gases (15NH3 and O2), by using total or partial flow of gases through the catalytic furnace. Based on the best condition obtained (temperature and gas ratios), tests were carried out to evaluate the following parameters: gas exhaustion time inside the hydration reactor; time spent by the gases to go through the catalytic furnace; system pressure. These tests were made with three replicates using anhydrous NH3 with natural isotopic abundance (0.366 % in 15N atoms). The best conditions obtained using the hydration reactor were: partial gas flows; O2 in excess of 50 %; temperature of 500 ºC; 0.2 minute for the gases to go through the catalyzer; system pressure of 0.4 MPa; 30-minute exhaustion time for gases inside the hydration reactor, and 500 mL H2O for gas hydration. Under these conditions we were able to convert 62.2 % of the N-NH3 into N-NO3-; the overall nitrogen balance totaled 86.8 %, producing 510 mL of a H15NO3 solution at 0.05 mol L-1. In our work, we also evaluated the conventional HNO3 production method which uses a stainless steel column for gas oxidation and hydration. Tests were performed with three replications each, and the best conditions obtained with the hydration reactor were used. In terms of yield, the results showed low absorption column efficiency, with a mean conversion rate of 18 % and an overall nitrogen balance of 68 %. H15NO3 production costs were evaluated by considering the best conditions for the process; the results proved competitive in relation to international production prices. From H15NO3 it was possible to obtain nitric fertilizers (NH415NO3 labeled at nitric and/or ammoniacal sources; K15NO3; Ca(15NO3)2) with high enrichment in 15N. Nitric nitrogen (% N-NO3-) and isotopic abundance (% in 15N atoms) determinations were made for these compounds. The results showed purity rates higher than 99 % and no isotopic fractionation.

No presente trabalho foi produzido H ´ANTPOT . 15 N ´O IND. 3´ enriquecido no isótopo ´ANTPOT. 15 N´ (5 a 90% em átomos de ´ANTPOT. 15 N ´) a partir da oxidação da ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ anidra previamente enriquecida. A metodologia proposta difere do método industrial, com relação à substituição da torre de absorção por um reator de hidratação de aço inoxidável revestido internamente com Teflon, sob refrigeração, em sistema de monopressão. No processo a ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ (g) foi oxidada em forno catalítico de Pt/Rh para obter ´ANTPOT. 15 NO´, que em uma segunda oxidação produz o ´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 2´. Esse, na presença de ´H IND. 2 O´, sob pressão e refrigeração forma o H ´ANTPOT . 15 N ´O IND. 3´ . O rendimento do processo foi avaliado em função da temperatura de oxidação da ´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ anidra e da relação entre os gases (´ANTPOT. 15 N´ ´H IND. 3´ e ´O IND. 2´), fazendo-se uso do fluxo total ou parcial dos gases pelo forno catalítico. Com base nas melhores condições (temperatura e proporção entre os gases) obtidas, foram realizados testes avaliando os parâmetros: tempo de passagem dos gases pelo leito catalítico; pressão no sistema; tempo de exaustão dos gases no reator de hidratação. Os testes foram realizados em triplicatas, empregando N ´H IND. 3´ anidra com abundância isotópica natural (0,366% em átomos ´ANTPOT. 15 N´). As melhores condições obtidas utilizando o reator de hidratação foram: uso do fluxo parcial dos gases; 50% em excesso de ´O IND.2´; temperatura de 500 ºC; 0,2 minuto de passagem dos gases pelo catalisador; pressão do sistema de 0,4 MPa; tempo de exaustão dos gases do reator de hidratação de 30 minutos e 500 mL de ´H IND. 2 O´ para hidratação dos gases. Nessas condições, foi possível a conversão (N-N´H IND.3´ à N-N ´O IND. 3´) de 62,2% e o balanço global de nitrogênio totalizou 86,8% obtendo-se cerca de 510 mL de solução 0,05 mol L-1 de H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´. No trabalho também foi avaliado o método convencional de produção do HN´O IND. 3´ no qual se utilizou uma coluna de aço inoxidável para a oxidação e hidratação dos gases. Os testes foram realizados em triplicatas, empregando-se as melhores condições obtidas com o reator de hidratação. Em termos de rendimento, os resultados demonstraram baixa eficiência da coluna de absorção, obtendo-se em média 18% de conversão e balanço global do nitrogênio totalizou 68%. O custo de produção do H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´ foi avaliado levando-se em consideração as melhores condições do processo e os resultados mostraram-se competitivos com o preço de produção internacional (FOB). A partir do H ´ANTPOT. 15 N ´O IND. 3´ foi possível a obtenção de fertilizantes nítricos (N ´H IND. 4´ ´ANTPOT. 15N´ ´O IND. 3´ marcado nas fontes nítricas e/ou amoniacal; K ´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 3´; Ca(´ANTPOT. 15 N´ ´O IND. 3´) IND. 2´) com elevado enriquecimento em ´ANTPOT. 15 N´. Nesses compostos foram realizados determinações do teor de nitrogênio nítrico (% N-N ´O IND. 3´) e da abundância isotópica (% átomos de ´ANTPOT. 15 N´). Os resultados evidenciaram pureza superior a 99% e ausência de fracionamento isotópico. / In the present work, H15NO3 enriched in the 15N isotope (5 to 90 % in 15N atoms) was produced from the oxidation of previously enriched anhydrous 15NH3. The proposed methodology differs from the one used in industry due to the replacement of the absorption tower with a stainless steel hydration reactor, internally lined with Teflon, under refrigeration in a monopressured system. In the process, the 15NH3 was oxidized inside a Pt/Rh catalytic furnace to obtain 15NO, which after a second oxidation becomes 15NO2. The latter, in the presence of H2O, under pressure and refrigeration becomes H15NO3. The process yield was evaluated according to the anhydrous 15NH3 oxidation temperature and the relation among the reagent gases (15NH3 and O2), by using total or partial flow of gases through the catalytic furnace. Based on the best condition obtained (temperature and gas ratios), tests were carried out to evaluate the following parameters: gas exhaustion time inside the hydration reactor; time spent by the gases to go through the catalytic furnace; system pressure. These tests were made with three replicates using anhydrous NH3 with natural isotopic abundance (0.366 % in 15N atoms). The best conditions obtained using the hydration reactor were: partial gas flows; O2 in excess of 50 %; temperature of 500 ºC; 0.2 minute for the gases to go through the catalyzer; system pressure of 0.4 MPa; 30-minute exhaustion time for gases inside the hydration reactor, and 500 mL H2O for gas hydration. Under these conditions we were able to convert 62.2 % of the N-NH3 into N-NO3-; the overall nitrogen balance totaled 86.8 %, producing 510 mL of a H15NO3 solution at 0.05 mol L-1. In our work, we also evaluated the conventional HNO3 production method which uses a stainless steel column for gas oxidation and hydration. Tests were performed with three replications each, and the best conditions obtained with the hydration reactor were used. In terms of yield, the results showed low absorption column efficiency, with a mean conversion rate of 18 % and an overall nitrogen balance of 68 %. H15NO3 production costs were evaluated by considering the best conditions for the process; the results proved competitive in relation to international production prices. From H15NO3 it was possible to obtain nitric fertilizers (NH415NO3 labeled at nitric and/or ammoniacal sources; K15NO3; Ca(15NO3)2) with high enrichment in 15N. Nitric nitrogen (% N-NO3-) and isotopic abundance (% in 15N atoms) determinations were made for these compounds. The results showed purity rates higher than 99 % and no isotopic fractionation.

Na última década sistemas supramoleculares vêm atraindo a atenção de muitos pesquisadores na área da química. Este interesse é devido a capacidade dos sistemas supramoleculares mimetizarem sistemas biológicos e pelo seu importante papel na construção de novos materiais com interesse tecnológico. No contexto de interações supramoleculares as espécies oxocarbônicas têm se mostrado como excelentes sondas para o estudo dessas interações devido às características sui generis dos seus espectros eletrônicos e vibracionais, o que por sua vez decorre da presença do efeito Jahn-Teller. Neste trabalho foram investigados os sistemas supramoleculares: mordenita/ácido esquárico, tiouréia/ácido esquárico e agregação de esquaraínas em solução. Nessa investigação foram utilizadas técnicas de espectroscopia eletrônica e vibracional. As espectroscopias Raman e Raman ressonante se mostraram eficientes para o estudo dos sistemas supramoleculares acima. Através do uso das espectroscopias eletrônica e vibracional foi possível caracterizar interações do tipo \"transferência de carga\" em mordenitas incluídas, caracterizar clatratos formados por tiouréia e espécies oxocarbônicas, e determinar os modos vibracionais envolvidos no processo de agregação em solução de esquaraínas e, conseqüentemente, sua geometria de agregação. / Over the last decade supramolecular systems have received the attention of many researchers. Such interest can be explained by the ability of supramolecular systems to mimic biological systems, as well as by their important role in the design of new materials with technological relevance. In the context of supramolecular interactions oxocarbon species have proved to be excellent probes for the study of such interactions thanks to the unique features of their vibrational and electronic spectra, a consequence of the Jahn-Teller effect. In the present work the following systems were investigated: Mordenite/squaric acid, thioureia/squaric acid and aggregated squaraines in solution. Electronic and vibrational spectroscopies were the techniques of choice. Raman and resonance Raman spectroscopies showed to be convenient techniques for the study of the forementioned systems. It was possible to characterize the charge-transfer interaction induced by the restrict geometry in mordenite, the clathrate-like host formed by thioureia squaric acid, as well as to determine the nature of the squaraines aggregates formed in solutions.

Nesta tese investigamos o comportamento eletroquímico da matriz lamelar de xerogel de pentóxido de vanádio(V) hidratado (VXG), visando desenvolver interfaces moleculares e eletrodos modificados. A partir da suspensão do gel de V2O5.nH2O, geramos os filmes lamelares de VXG sobre a superfície do eletrodo de trabalho. Inicialmente, os filmes de VXG consistem de regiões heterogêneas, que podem ser diferenciadas espectroeletroquimicamente. Após tratamento eletroquímico, esses filmes atingem uma condição eletroquímica estacionária, sofrendo um colapso e formando uma estrutura tipo banda uniforme. Esses filmes de VXG condicionados, foram utilizados como interfaces de espécies moleculares eletroativas. Em paralelo, interagimos o VXG com a argila bentonita, e obtivemos um xerogel floculento verde em solução aquosa, denotado BV, cuja evidência mais forte dessa interação foi obtido pelo espectro de FTIR, em função do surgimento de um forte pico em 835 cm-1, atribuído ao estiramento V-O-Si. A interação com a zeólita13X, resultou num sólido amarelo devido à troca de íons Na+ pelo grupo VO3+, denotado ZV. A troca iônica foi evidenciada pela análise de ICP-AES, que determinou uma quantidade grande de íons Na+ na solução sobrenadante, aproximadamente 225 mg/L contra 28 e 25,4 mg/L das soluções originais de VXG e zeólita13X, respectivamente. Eletroquimicamente, os compósito BV e ZV, despontam como materiais modificadores de eletrodos muito atraentes, combinando a boa condutividade dos filmes de VXG com as propriedades de troca iônica e de intercalação das argilas e das zeólitas. / The electrochemical behavior of hydrated vanadium(V)-oxide xerogels (denoted VXG), has been investigated, aiming the development of molecular interfaces and modified electrodes. Layered vanadium(V)- oxide xerogel films have been generated, in a controlled way, by the direct deposition de precise amounts of the polyvanadic acid solution onto the electrode surface. Initially, the layered VGX films consist of heterogeneous regions, which can be differentiated spectroelectrochemically. However, after the electrochemical treatment, those films reach a stationary electrochemical condition, collapsing into a uniform band type structure. The conditioned layered VXG films have been utilized as interfaces of electroactive molecular species. In parallel, the VXG suspension has been combined with a montmorillonite clay, yielding a green flocculent xerogel in suspension, here denoted BV. Strong evidence of polyvanadate-bentonite interaction has been provided by the FTIR spectra, from the appearance of a strong peak in 835 cm-1, ascribed to the a new V-O.-Si stretching vibration. The VXG suspension has also been combined with zeolite 13X, resulting a yellow solid, envolving ionic exchange of Na+ ions by VO3+; this solid has been denoted ZV. Ionic exchange has been evidenced by ICP-AES analyses. A promissing use of the new materiaIs as molecular interfaces has been demonstated, exploiting the good conductivity and intercalation properties of VXG and BV, as well as, the ion exchange properties of ZV.

Nesta tese investigamos o comportamento eletroquímico da matriz lamelar de xerogel de pentóxido de vanádio(V) hidratado (VXG), visando desenvolver interfaces moleculares e eletrodos modificados. A partir da suspensão do gel de V2O5.nH2O, geramos os filmes lamelares de VXG sobre a superfície do eletrodo de trabalho. Inicialmente, os filmes de VXG consistem de regiões heterogêneas, que podem ser diferenciadas espectroeletroquimicamente. Após tratamento eletroquímico, esses filmes atingem uma condição eletroquímica estacionária, sofrendo um colapso e formando uma estrutura tipo banda uniforme. Esses filmes de VXG condicionados, foram utilizados como interfaces de espécies moleculares eletroativas. Em paralelo, interagimos o VXG com a argila bentonita, e obtivemos um xerogel floculento verde em solução aquosa, denotado BV, cuja evidência mais forte dessa interação foi obtido pelo espectro de FTIR, em função do surgimento de um forte pico em 835 cm-1, atribuído ao estiramento V-O-Si. A interação com a zeólita13X, resultou num sólido amarelo devido à troca de íons Na+ pelo grupo VO3+, denotado ZV. A troca iônica foi evidenciada pela análise de ICP-AES, que determinou uma quantidade grande de íons Na+ na solução sobrenadante, aproximadamente 225 mg/L contra 28 e 25,4 mg/L das soluções originais de VXG e zeólita13X, respectivamente. Eletroquimicamente, os compósito BV e ZV, despontam como materiais modificadores de eletrodos muito atraentes, combinando a boa condutividade dos filmes de VXG com as propriedades de troca iônica e de intercalação das argilas e das zeólitas. / The electrochemical behavior of hydrated vanadium(V)-oxide xerogels (denoted VXG), has been investigated, aiming the development of molecular interfaces and modified electrodes. Layered vanadium(V)- oxide xerogel films have been generated, in a controlled way, by the direct deposition de precise amounts of the polyvanadic acid solution onto the electrode surface. Initially, the layered VGX films consist of heterogeneous regions, which can be differentiated spectroelectrochemically. However, after the electrochemical treatment, those films reach a stationary electrochemical condition, collapsing into a uniform band type structure. The conditioned layered VXG films have been utilized as interfaces of electroactive molecular species. In parallel, the VXG suspension has been combined with a montmorillonite clay, yielding a green flocculent xerogel in suspension, here denoted BV. Strong evidence of polyvanadate-bentonite interaction has been provided by the FTIR spectra, from the appearance of a strong peak in 835 cm-1, ascribed to the a new V-O.-Si stretching vibration. The VXG suspension has also been combined with zeolite 13X, resulting a yellow solid, envolving ionic exchange of Na+ ions by VO3+; this solid has been denoted ZV. Ionic exchange has been evidenced by ICP-AES analyses. A promissing use of the new materiaIs as molecular interfaces has been demonstated, exploiting the good conductivity and intercalation properties of VXG and BV, as well as, the ion exchange properties of ZV.

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