In der Welt der Ingenieurwissenschaften spielt die metrologische Rückführbarkeit eine zentrale Rolle. Als eine wesentliche Voraussetzung für genaue Messungen und zuverlässige Ergebnisse, gewährleistet sie die Qualität und Zuverlässigkeit der Messergebnisse in verschiedenen Bereichen. In diesem Artikel erfährst du alles Wissenswerte über die metrologische Rückführbarkeit - ihre Definition, Schlüsselbegriffe, Anforderungen gemäß ISO 17025, Berechnungsmethoden und praktische Anwendungsfälle. Aufbauend auf den Grundlagen werden auch fortgeschrittene Konzepte und Herausforderungen vorgestellt, um ein tiefergehendes Verständnis zu ermöglichen.
Definition der Metrologischen Rückführbarkeit
Metrologische Rückführbarkeit ist ein Konzept, das in den Ingenieurwissenschaften und insbesondere in der Metrologie, der Wissenschaft der Messung, große Bedeutung hat.
Metrologische Rückführbarkeit oder Tracability ist die Fähigkeit, die Ergebnisse von Messungen auf Normale oder Standards zurückzuführen, deren Genauigkeit in Bezug auf internationale Standards oder übergeordnete Normale nachweisbar ist.
Diese Genauigkeit und Nachverfolgbarkeit ermöglicht es, dass Messergebnisse unter den gleichen Bedingungen reproduzierbar sind und daher in verschiedenen Kontexten und bei unterschiedlichen Zeiten verglichen werden können. Sie ist daher für die Validität wissenschaftlicher und technischer Messungen von entscheidender Bedeutung.
Es sei angemerkt, dass die Metrologische Rückführbarkeit nicht nur auf physikalische Messungen beschränkt ist, sondern auch auf chemische und biologische Messungen angewendet werden kann. In allen diesen Fällen dient sie dazu, die Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
Metrologische Rückführbarkeit einfach erklärt
Die Metrologische Rückführbarkeit kann man sich vorstellen wie eine Verkettung von Messungen, die alle auf ein international anerkanntes Standardmaß zurückgeführt werden.
- Jede Verbindung in dieser Kette ist eine Kalibrierung, bei der ein genauer Vergleich zwischen dem zu kalibrierenden Gerät und einem Standardgerät durchgeführt wird.
- Das Standardgerät wurde wiederum durch einen Vergleich mit einem genaueren Standard kalibriert und so weiter, bis man zum internationalen Standard kommt.
- Die gesamte Kette ermöglicht es uns, das zu kalibrierende Gerät mit dem internationalen Standard in Beziehung zu setzen, wodurch die Rückführbarkeit erreicht wird.
Ein einfaches Beispiel könnte eine Küchenwaage sein, die du zu Hause hast. Um sicherzustellen, dass deine Waage genau ist, könntest du sie mit einem bekannten Gewicht, z.B. einer 1kg-Gewichtsreferenz, kalibrieren. Die 1kg-Gewichtsreferenz wurde ihrerseits in einem Labor kalibriert, das eine genauere Gewichtsreferenz verwendet hat. Dieses genaue Gewicht wurde dann mit einem noch genauerem Gewicht verglichen und so weiter, bis wir zum internationalen Kilogramm-Standard kommen, der in Paris aufbewahrt wird.
Schlüsselbegriffe und Konzepte in der Metrologischen Rückführbarkeit
In der Metrologischen Rückführbarkeit gibt es eine Reihe von Schlüsselbegriffen und Konzepten, die du kennen solltest:
| Messung: |
Der Prozess der Bestimmung des quantitativen Werts einer Größe. |
| Kalibrierung: |
Der Vergleich eines Messgeräts mit einem bekannteren Standard, um dessen Genauigkeit zu bestimmen oder einzustellen. |
| Referenzstandard: |
Eine Messgröße mit bekannter Genauigkeit, die zur Kalibrierung anderer Geräte verwendet wird. |
| Internationale Standards: |
Von der Internationalen Organisation für Normung festgelegte Standards, die die Einheitlichkeit und Vergleichbarkeit von Messungen weltweit gewährleisten. |
| Reproduzierbarkeit: |
Die Fähigkeit, Messungen unter den gleichen Bedingungen mit äquivalenten Ergebnissen zu wiederholen. |
Zu beachten ist, dass die Sicherstellung der Rückführbarkeit eine laufende Aufgabe ist. Messgeräte altern und ihre Leistung kann sich mit der Zeit ändern, so dass regelmäßige Überprüfungen und Kalibrierungen notwendig sind, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen aufrechtzuerhalten.
Metrologische Rückführbarkeit gemäß ISO 17025
In der Welt der Messungen gibt es bestimmte Standards und Anforderungen, die eingehalten werden müssen, um eine gleichbleibende Qualität und Genauigkeit sicherzustellen. Eine dieser Normen ist die ISO/IEC 17025, die spezifische Anforderungen für die Kompetenz, Unparteilichkeit und konsistente Arbeitsweise von Laboratorien festlegt. In Bezug auf die metrologische Rückführbarkeit stellt die ISO 17025 sicher, dass alle Messungen auf eine anerkannte Referenzquelle zurückgeführt werden können.
Die ISO/IEC 17025:2017 ist weltweit die wichtigste Norm für Test- und Kalibrierlaboratorien. Im Fokus steht dabei das Managementsystem des Labors, das Gewährleistung von korrekten und zuverlässigen Test- und Kalibrierergebnissen liefert. Dies wird erreicht durch hohe Prozessqualität, technische Kompetenz, ein gutes Qualitätsmanagement und eine sorgfältige Dokumentation.
Anforderungen und Anwendung des ISO 17025 in der Metrologischen Rückführbarkeit
Die ISO 17025 gilt als globaler Standard für die Qualitätssicherung von Laboratorien und sie geht spezifisch auf die Anforderungen der metrologischen Rückführbarkeit in den Abschnitten 6.4.6 und 7.7.2 ein.
In ISO 17025 werden Laboratorien aufgefordert, für alle Messungen eine Rückführbarkeit zu gewährleisten. Das bedeutet, dass alle Messgeräte gegen anerkannte Standards kalibriert sein müssen und es muss ein ununterbrochener Vergleichsweg zu internationalen oder nationalen Standards existieren. Diese Standards sollten von nationalen Metrologie-Instituten oder anderen zuständigen Stellen ausgestellt sein.
Die Anforderungen bezüglich der Rückführbarkeit nach ISO 17025 beinhalten:
- Die Kalibrierung von Messgeräten gegen anerkannte Standards
- Einen ununterbrochenen Vergleichsweg zu internationalen oder nationalen Standards
- Dass die Standards von einem nationalen Metrologie-Institut oder einer anderen vertrauenswürdigen Quelle ausgestellt sind
- Eine sorgfältige Dokumentation des Vergleichswegs
Angenommen, du betreibst ein Labor und misst die Dichte von Flüssigkeiten. Du benutzt dafür eine spezielle Waage. Nach ISO 17025 müsstest du sicherstellen, dass deine Waage korrekt kalibriert ist und dass diese Kalibrierung auf anerkannten Standards basiert. Du könntest das erreichen, indem du die Waage in einem akkreditierten Kalibrierlabor kalibrieren lässt. Dieses Labor würde wiederum seine Standards von einem nationalen Metrologie-Institut beziehen, das die Rückführung auf die internationalen Standards sicherstellt.
ISO 17025 und Metrologische Rückführbarkeit: Ein Beispiel
Ein anschauliches Beispiel für die Anwendung der ISO 17025 ermöglicht ein besseres Verständnis der konkreten Schritte und Anforderungen der Norm.
Angenommen, du betreibst ein Labor für Temperaturmessungen. Du hast eine Reihe von Thermometern, die du für deine Tests verwendest. Nach ISO 17025 wären folgende Schritte für die Metrologische Rückführbarkeit notwendig:
- Du müsstest zunächst die Thermometer gegen einen Standard kalibrieren, der eine höhere Genauigkeit hat als die Thermometer, die du verwendest.
- Der von dir verwendete Standard wäre dann seinerseits gegen einen nationalen oder internationalen Standard kalibriert, der von einer nationalen oder internationalen Organisation verwaltet wird.
- Es wäre wichtig, dass du alle diese Kalibrierungen und die Genauigkeiten der verwendeten Standards dokumentierst.
- Außerdem müsstest du sicherstellen, dass du die Kalibrierungen in geeigneten Abständen wiederholst, um die dauerhafte Genauigkeit deiner Thermometer sicherzustellen.
Durch diese konsequente Anwendung der ISO 17025 kannst du sicherstellen, dass deine Temperaturmessungen zuverlässig und rückführbar sind.
Die Grundlagen der Metrologischen Rückführbarkeit
In der Metrologie, dem wissenschaftlichen Studium von Messungen, ist die Rückführbarkeit ein Schlüsselkonzept. Es handelt sich dabei um die Fähigkeit, die Ergebnisse von Messungen auf eine anerkannte Referenz oder ein Normal zurückzuführen. In anderen Worten, jede Messung kann mit Vertrauen an eine genaue und akzeptierte Standardreferenz angeknüpft werden.
Metrologische Rückführbarkeit bezieht sich speziell auf den Nachweis, dass Messergebnisse zu Normalen oder Standards zurückverfolgt werden können, deren Genauigkeit in Bezug auf internationale Standards oder übergeordnete Normale nachgewiesen ist. Dies stellt sicher, dass die Messungen unabhängig von Ort und Zeit vergleichbar sind.
Die Konzepte und Prinzipien der Metrologischen Rückführbarkeit sind in internationalen Standards wie der ISO/IEC 17025 festgelegt. Diese Vereinheitlichung sorgt für eine weltweite Vergleichbarkeit von Messungen und ist ein zentrales Element im Bereich der Qualitätssicherung und -kontrolle.
Metrologische Rückführbarkeit und Messtechnik
Die Messtechnik spielt eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Metrologischen Rückführbarkeit. In erster Linie weil Messtechnik mit der Entwicklung, Herstellung und Anwendung von Messgeräten zu tun hat, die Instrumente, die wir benutzen, um Messungen durchzuführen und deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit von der Metrologischen Rückführbarkeit abhängt.
Messtechnik bezieht sich auf die Anwendung von Geräten und Methoden zur Beobachtung und Quantifizierung von Phänomenen in den Natur- und Ingenieurwissenschaften. Es umfasst auch die Entwicklung neuer Messmethoden und -instrumente sowie die Verbesserung bestehender Techniken.
Messtechnik und Metrologische Rückführbarkeit sind untrennbar miteinander verbunden, weil sie zusammenarbeiten, um die Genauigkeit, Konsistenz und Zuverlässigkeit von Messungen zu gewährleisten. Dazu gehören:
- Entwicklung und Verwendung von Genauen Messgeräten: Diese Geräte müssen korrekt kalibriert und gewartet werden, um korrekte Messergebnisse zu liefern.
- Kontinuierliche Kalibrierung und Wartung: Messgeräte müssen regelmäßig überprüft und kalibriert werden, um ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
- Rückverfolgung zu international anerkannten Standards: Alle Messungen sollten auf international anerkannte Normale oder Standards zurückführbar sein.
- Dokumentation: Alle Messungen und Kalibrierungen sollten sorgfältig dokumentiert werden, um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.
Ein gutes Beispiel für die Bedeutung der Messtechnik in Bezug auf die Metrologische Rückführbarkeit ist der Bereich der Temperaturmessung. Thermometer, seien es Haushaltsthermometer oder hochpräzise Geräte in Forschungslaboratorien, müssen regelmäßig kalibriert werden, um sicherzustellen, dass sie genaue und zuverlässige Messwerte liefern. Diese Kalibrierung ist nur dann aussagekräftig, wenn sie auf international anerkannte Temperaturnormale, wie die Trippelpunkte bestimmter Substanzen, zurückgeführt werden kann.
Wie berechnet man die Metrologische Rückführbarkeit?
Die Metrologische Rückführbarkeit ist eher ein Konzept als eine berechenbare Größe. Es geht darum, durch eine Kette von Vergleichen eine Verbindung zu einem international anerkannten Standard herzustellen. Diese Kette kann durch Gleichungen und mathematische Korrekturen präzisiert werden, um Messunsicherheiten zu berücksichtigen.
Die Messunsicherheit gibt das Intervall an, innerhalb dessen der wahre Wert mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt. Mathematisch gesehen, wird die Messunsicherheit \[U\] typischerweise mit der Standardabweichung einer Messreihe berechnet. Eine gängige Formel dafür lautet:
\[
U = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n} (x_i - \bar{x})^2} {n-1}}
\]
Wobei \(x_i\) die einzelnen Messwerte und \(\bar{x}\) der Mittelwert der Messreihe sind.
Diese Messunsicherheit wird dann in die Rückführbarkeitskette integriert, um die Gesamtmessunsicherheit auf dem Pfad bis zum internationalen Standard zu quantifizieren.
Angenommen, du misst eine Größe mit einem Messgerät, das gegen einen Standard kalibriert ist. Dein Messgerät hat eine Messunsicherheit von 1 Einheit. Der Standard, gegen den du kalibrierst, hat seinerseits eine Messunsicherheit von 0.5 Einheiten. Um die Gesamtmessunsicherheit deiner Messung zu bestimmen, kannst du die Quadratwurzel aus der Summe der quadrierten Unsicherheiten berechnen. Also \(\sqrt{1^2 + 0.5^2} \approx 1.12\) Einheiten. Dies spiegelt dann die metrologische Rückführbarkeit deiner Messung wider.
Praktische Anwendung der Metrologischen Rückführbarkeit
Die Metrologische Rückführbarkeit ist nicht nur ein theoretisches Konzept, sondern hat auch tatsächliche Anwendungen in vielen technischen und wissenschaftlichen Disziplinen. Von der Qualitätssicherung in der Produktion bis zur wissenschaftlichen Forschung, das Konzept der Rückführbarkeit ist von zentraler Bedeutung für die Sicherstellung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Messungen.
Die Metrologische Rückführbarkeit ist sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft von zentraler Bedeutung. In Industrieunternehmen werden z. B. Maßnormale zur Prüfung von Produktionsprozessen verwendet. In Laboratorien ist die Rückführbarkeit von Messergebnissen auf international anerkannte Maßnormale ein unverzichtbarer Teil, um zuverlässige und reproduzierbare Forschungsergebnisse zu gewährleisten.
Metrologische Rückführbarkeit in der Ingenieurwissenschaft: Ein beispielhafter Anwendungsfall
Ein Beispiel für die Anwendung der Metrologischen Rückführbarkeit ist in der Automobilindustrie zu finden, in der die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Messungen von wesentlicher Bedeutung sind. Automobilhersteller verwenden eine Vielzahl von Messinstrumenten und -geräten in ihren Produktionslinien, um sicherzustellen, dass die Fahrzeugkomponenten den spezifizierten Standards entsprechen.
In einem typischen Anwendungsfall werden diese Messgeräte regelmäßig kalibriert, um eine hohe Präzision zu gewährleisten. Die Kalibrierung dieser Messgeräte erfolgt gegen anerkannte Standards, die von nationalen oder internationalen Normungsorganisationen verwaltet werden. Jede Kalibrierung wird genau dokumentiert, um eine lückenlose Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.
Angenommen, du arbeitest in einer Fabrik, die Motoren für Autos herstellt. Für den Bau des Motors sind genaue Messungen von Komponenten wie der Kurbelwelle oder dem Zylinder unerlässlich. Um sicherzustellen, dass deine Messgeräte genaue Werte liefern, kalibrierst du sie regelmäßig unter Verwendung von Normen oder Standards, die von einer anerkannten Stelle wie einem nationalen Metrologie-Institut bereitgestellt wurden. Diese Kalibrierungen werden sorgfältig dokumentiert und deine Messergebnisse sind nun rückführbar auf die verwendeten Normale – ein gutes Beispiel für die praktische Anwendung der Metrologischen Rückführbarkeit.
Bedeutung der Metrologischen Rückführbarkeit in der Messtechnik
Messtechnik ist eine Disziplin innerhalb der Ingenieurwissenschaften, die auf die Entwicklung und Verwendung von Instrumenten zur Messung von physikalischen und chemischen Phänomenen abzielt. Innerhalb dieses Bereichs spielt die Metrologische Rückführbarkeit eine entscheidende Rolle, um sicherzustellen, dass Messgeräte genaue und verlässliche Resultate liefern.
Es ist wichtig zu bedenken, dass Messgeräte in der Messtechnik oft sehr anspruchsvoll sind und eine hohe Genauigkeit aufweisen. Aber unabhängig von der Komplexität und Genauigkeit eines Messgerätes, muss es regelmäßig kalibriert werden, um sicherzustellen, dass es genaue Ergebnisse liefert. Und diese Kalibrierung muss auf zertifizierte Referenzen oder Normale zurückgeführt werden können.
Um die Bedeutung der Metrologischen Rückführbarkeit in der Messtechnik zu veranschaulichen, könnten folgende Aspekte betrachtet werden:
- Qualitätssicherung: Messtechniker müssen sicherstellen, dass die von ihnen verwendeten Instrumente die bestmögliche Qualität aufweisen. Dies kann durch regelmäßige Kalibrierungen und Wartung erreicht werden, welche beide auf der Rückführbarkeit basieren.
- Reproduzierbarkeit: Ein zentraler Aspekt der Messtechnik ist die Fähigkeit, Messungen zu wiederholen und die gleichen Ergebnisse zu erhalten. Die Metrologische Rückführbarkeit ermöglicht es uns, das Vertrauen in die Wiederholbarkeit zu haben, da wir wissen, dass unsere Messgeräte gegen verlässliche Normale kalibriert wurden.
- Vergleichbarkeit: Die Messungen des einen Labors sollten mit denen eines anderen Labors vergleichbar sein, selbst wenn sie zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten durchgeführt wurden. Dies wird durch die Metrologische Rückführbarkeit ermöglicht.
Ein gutes Beispiel dafür, wie die Messtechnik von der Metrologischen Rückführbarkeit profitiert, ist ein Kalibrierlabor. Ein Kalibrierlabor verwendet eine Vielzahl von hochpräzisen Messgeräten, um andere Geräte zu kalibrieren. Diese Messgeräte müssen selbst gegen Normale kalibriert werden, die mit den internationalen Standards in Beziehung stehen. Diese Beziehung wird durch die Metrologische Rückführbarkeit hergestellt, was das Vertrauen der Kunden und die Zuverlässigkeit der verliehenen Kalibrierzertifikate sicherstellt.
Vertiefung in die Metrologische Rückführbarkeit
Die Metrologische Rückführbarkeit ist kein isoliertes Konzept, sondern ein wichtiges Prinzip in vielfältigen Szenarien. Es spielt eine entscheidende Rolle in Forschungslaboren, Industrieunternehmen und Qualitätsprüfungseinrichtungen. Durch seine Anwendung wird die Verlässlichkeit und Vergleichbarkeit von Messungen gewährleistet. Wenn du tiefer in das Konzept der Metrologischen Rückführbarkeit eintauchst, begegnest du fortgeschrittenen Konzepten und Herausforderungen.
Fortgeschrittene Konzepte in der Metrologischen Rückführbarkeit
Bei der Vertiefung in das Konzept der Metrologischen Rückführbarkeit entstehen zusätzliche Dimensionen und Details, die beachtet werden müssen. Dazu gehören unter anderem die Begriffe der Messunsicherheit, die Rolle verschiedener Normale in der Rückführbarkeit und die Bedeutung internationaler Vereinbarungen und Organisationen.
Messunsicherheit ist ein zentraler Begriff in der Metrologischen Rückführbarkeit. Sie quantifiziert den Zweifel, den du über das Ergebnis einer Messung hast. Diese Unsicherheit kann aus vielen Quellen stammen, zum Beispiel aus den Grenzen der Präzision des Messgeräts, aus Umweltfaktoren oder aus der Variabilität in den verwendeten Methoden. Sie wird in der Regel durch mathematische Methoden bewertet und ausgedrückt.
Stelle dir vor, du misst die Länge eines Bleistifts mit einem herkömmlichen Lineal. Die Messungen variieren leicht, abhängig davon, wie genau du das Lineal ansetzt, wie du den Bleistift hältst, ob du eine Brille trägst und andere Faktoren. Diese Variabilität in den Messungen wird als Messunsicherheit bezeichnet. Und um zuverlässige Messergebnisse zu erhalten, ist es von entscheidender Bedeutung, diese Messunsicherheit sowohl zu quantifizieren als auch zu minimieren.
Neben der Messunsicherheit spielt die Auswahl des Referenzstandards oder "Normals" in der Metrologischen Rückführbarkeit eine entscheidende Rolle. Der Referenzstandard könnte ein physikalisches Gerät sein, wie eine Masse, ein Längenmaß oder ein elektrischer Widerstand. Aber er kann auch eine Konstante der Natur oder eine bestimmte Eigenschaft einer Substanz sein. Aus diesem Grund legt die Internationale Organisation für Normung (ISO) Standards für verschiedene Messgeräte und deren Kalibrierung fest, um eine Konsistenz und Vergleichbarkeit zu gewährleisten.
Herausforderungen und Lösungen in der Metrologischen Rückführbarkeit
Auf dem Weg zur Metrologischen Rückführbarkeit treffen wir auf verschiedene Herausforderungen. Eine davon ist die Eindämmung der Messunsicherheit. Eine andere Herausforderung ist die Aufrechterhaltung der Rückführbarkeit im Laufe der Zeit, da Messgeräte mit der Zeit abweichen können. Außerdem kann es schwierig sein, den Referenzstandard oder das Normal korrekt zu bestimmen und zu verwenden.
Es ist wichtig zu beachten, dass eine Messung immer eine gewisse Unsicherheit aufweist. Diese Unsicherheit kann jedoch minimiert werden, zum Beispiel durch geeignete Kalibrierungsprozesse, sachgemäße Handhabung der Messgeräte und ein akkurates Verständnis des Messprozesses. Zudem können statistische Techniken, wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate, verwendet werden, um Messdaten auszuwerten und Unsicherheiten zu quantifizieren.
Annehmen, du eichst eine Waage, um das Gewicht von chemischen Proben zu messen. Bei der Eichung verwendest du eine Reihe von Referenzgewichten, die auf internationale Normale zurückgeführt sind. Allerdings weißt du auch, dass diese Gewichte eine bestimmte Unsicherheit haben. Dazu kommen weitere Unsicherheiten, etwa durch Temperaturschwankungen, die das Material der Gewichte ausdehnen oder schrumpfen lassen können. Durch die Anwendung statistischer Methoden, wie der Fehlerfortpflanzungsrechnung, kannst du jedoch eine Schätzung der gesamten Messunsicherheit erhalten und diese Information in deiner weiteren Arbeit berücksichtigen.
Es wird deutlich, wie vielschichtig das Konzept der Metrologischen Rückführbarkeit ist und wie es eng mit der praktischen Messtechnik verwoben ist. Sowohl die theoretischen Überlegungen als auch deren praktische Umsetzung sind entscheidend für genaue und verlässliche Messungen.
Metrologische Rückführbarkeit - Das Wichtigste
- Metrologische Rückführbarkeit: Verknüpfung von Messergebnissen zu genormten Standards zur Garantie der Genauigkeit und Vergleichbarkeit von Messungen unabhängig von Ort und Zeit.
- ISO 17025: Internationaler Standard für die Qualitätssicherung von Laboratorien, beinhaltet Anforderungen für metrologische Rückführbarkeit.
- Messgeräte in Laboren: Müssen gegen anerkannte Standards kalibriert sein und einen ununterbrochenen Vergleichsweg zu nationalen oder internationalen Standards aufweisen.
- Dokumentation: Sorgfältige Aufzeichnung von Vergleichswegen und Kalibrierungen ist für die Gewährleistung der Rückführbarkeit essentiell.
- Messtechnik: Entwicklung, Herstellung und Anwendung von Messgeräten, eng verknüpft mit der metrologischen Rückführbarkeit.
- Messunsicherheit: Intervall, in dem der wahre Wert mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt, wichtig für die Berechnung der metrologischen Rückführbarkeit.
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