Innovative Technology Evaluation Report - CLU-IN

United States Environmental Monitoring Report No.
Environmental Protection Systems Laboratory Date 1995
Agency P.O. Box 93478
Las Vegas NV 89193-3478
PCP Immunoassay
Technologies
Innovative Technology
Evaluation Report

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Notice
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Abstract
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iv

Table of Contents
Section Page
Notice ............................................................................. ii
Abstract ........................................................................... iii
List of Abbreviations and Acronyms..................................................... viii
Acknowledgments ................................................................... ix
1 Executive Summary ............................................................... 1
2 Introduction ...................................................................... 4
EPA’s Site Program and MMTP: An Overview ....................................... 4
The Role of Monitoring and Measurement Technologies ........................ 4
Defining the Process .................................................... 5
Components of a Demonstration ........................................... 5
Rationale for this Demonstration .................................................. 5
Demonstration Purpose, Goals, and Objectives ...................................... 6
3 Predemonstration Activities ......................................................... 7
Identifying Developers .......................................................... 7
Selecting the Sites ............................................................ 7
Selecting the Confirmatory Laboratory and Analytical Methods .......................... 8
Training Technology Operators .................................................. 8
Predemonstration Sampling and Analysis .......................................... 8
4 Demonstration Design and Description ............................................... 9
Demonstration Design .......................................................... 9
Implementation of the Demonstration Plan .......................................... 9
Field Modifications to the Demonstration Plan ...................................... 10
Data Collection .............................................................. 10
Statistical Analysis of Results ................................................... 11
Intramethod Comparisons ............................................... 11
Intermethod Comparisons ............................................... 12
5 Confirmatory Analysis Results ...................................................... 14
Confirmatory Laboratory Procedures ............................................. 14
Sample Holding Times .................................................. 14
Sample Extraction ..................................................... 14
Reporting Limits and Initial and Continuing Calibrations ........................ 15
v

Table of Contents (Continued)
Section Page
Sample Analysis....................................................... 15
Quality Control Procedures .............................................. 15
Data Reporting ........................................................ 16
Data Quality Assessment ...................................................... 17
Confirmatory Laboratory Costs and Turnaround Times ............................... 18
6 EnSys Inc.: Penta RISc Test System ................................................. 20
Theory of Operation and Background Information ................................... 20
Operational Characteristics ..................................................... 22
Performance Factors .......................................................... 24
Detection Limits ....................................................... 24
Sample Throughput .................................................... 24
Linear Range and Drift .................................................. 25
Specificity Study ............................................................. 25
Intramethod Assessment ...................................................... 26
Comparison of Results to Confirmatory Laboratory Results............................ 28
Accuracy ............................................................. 28
Soil Data Set ................................................... 28
Water Data Set ................................................. 32
Precision............................................................. 33
7 Ohmicron Corporation: Penta RaPID Assay ........................................... 34
Theory of Operation and Background Information ................................... 34
Operational Characteristics .................................................... 34
Performance Factors .......................................................... 38
Specificity .................................................................. 39
Intramethod Assessment ...................................................... 40
Comparison of Results to Confirmatory Results ..................................... 45
Soil Samples: Accuracy ................................................. 48
Soil Samples: Precision ................................................. 50
Water Samples: Accuracy ............................................... 51
Water Samples: Precision ............................................... 52
8 Millipore Corporation: EnviroGard PCP Test Kit ........................................ 53
9 Applications Assessment .......................................................... 55
EnSys Inc.: Penta RISc Test System ............................................. 55
Ohmicron Corporation: Penta RaPID Assay ........................................ 56
Millipore Corporation: EnviroGard PCP Test Kit ..................................... 56
10 References .................................................................... 58
vi

List of Figures
Figure Page
7-1 Total Soil Data Set ............................................................. 48
7-2 Former Koppers Site Soil Samples ................................................ 48
7-3 Winona Post Site Soil Samples ................................................... 48
7-4 Total Water Data Set ........................................................... 51
7-5 Former Koppers Site Water Samples .............................................. 51
7-6 Winona Post Site Water Samples ................................................. 51
List of Exhibits
Exhibit Page
6-1 The processes for the EnSys PCP test kits .......................................... 21
7-1 The process used by the Penta RaPID Assay ........................................ 35
8-1 The processes for the Millipore technology .......................................... 54
vii

List of Tables
Table Page
5-1 Soil Matrix Spike Sample Results for EPA Methods 8270A and 8151A .................... 17
5-2 Water Matrix Spike Sample Results for EPA Methods 8270A and 515.1 ................... 17
6-1 Chemical Cross Reactivity as Reported by EnSys .................................... 22
6-2 Semiquantitative Penta RISc Test Data and Confirmatory Data for Soils ................... 29
6-3 Semiquantitative Penta RISc Test Data and Confirmatory Data for Water .................. 31
7-1 Penta RaPID ASSAY Inorganic Chemical Response as Reported
by Ohmicron .................................................................. 39
7-2 Penta RaPID ASSAY Compound Cross Reactivity as Reported
by Ohmicron .................................................................. 40
7-3 Penta RaPID ASSAY PCP Proficiency Sample Results: Training Results .................. 41
7-4 Penta RaPID ASSAY PCP Proficiency Sample Results:
Demonstration Results .......................................................... 41
7-5 Penta RaPID ASSAY Soil Performance Evaluation Sample Results ...................... 42
7-6 Penta RaPID ASSAY Water Performance Evaluation Sample Results ..................... 42
7-7 Penta RaPID ASSAY Soil Matrix Spike Sample Results ................................ 42
7-8 Penta RaPID ASSAY Laboratory Duplicate Results: Soil Samples ........................ 43
7-9 Penta RaPID ASSAY Soil Field Duplicate Sample Results .............................. 44
7-10 Penta RaPID ASSAY Water Field Duplicate Sample Results ............................ 45
7-11 Summary of Demonstration Data: Former Koppers Site Soil Samples ..................... 46
7-12 Summary of Demonstration Data: Winona Post Soil Samples ........................... 47
7-13 Summary of Demonstration Data: Water Data ........................................ 48
7-14 Summary of Regression and Residual Statistics: Ohmicron ............................. 49
viii

List of Abbreviations and Acronyms
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Acknowledgments
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Section 1
Executive Summary
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Section 2
Introduction
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Defining the Process
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Section 3
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Section 4
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Section 5
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Sample Analysis
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Quality Control Procedures
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TABLE 5-1. SOIL MATRIX SPIKE SAMPLE RESULTS FOR EPA METHODS 8270A AND 8151A
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Amount
Found in
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Found in Matrix Spike Found in Spike Duplicate's Relative
Original Sample Matrix Spike Percent Duplicate Percent Percent
Sample Sample Duplicate Sample Recovery Sample Recovery Difference
No. (ppm) (ppm) (ppm) (%) (ppm) (%) (%)
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048 30,000 46.0 22,000 0 24,000 0 0
053 2.30 1.50 12.0 647 5.20 193 108
073 86.0 11.0 130 400 93.0 64 145
087 46.0 1.40 57.0 786 64.0 1,285 48
089 0.247 0.098 0.315 69 0.241 0 200
098 0.70 0.41 0.82 29 0.98 68 80
TABLE 5-2. WATER MATRIX SPIKE SAMPLE RESULTS FOR EPA METHODS 8270A AND 515.1
Amount Amount
Added to Found in
Amount Matrix Amount Matrix
Found in Spike Found in Spike Duplicate's Relative
Original Sample and Matrix Spike Percent Duplicate Percent Percent
Sample Sample Duplicate Sample Recovery Sample Recovery Difference
No. (ppb) (ppb) (ppb) (%) (ppb) (%) (%)
101 4.14 0.446 4.46 72 4.24 22 106
104 50.0 U 200 348 174 353 177 2
111
Note:
1.85 0.398 1.55 0 1.64 0 0
U Not detected above detection limit.
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Section 6
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Exhibit 6-1. The processes for the EnSys PCP test kits.
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TABLE 6-1. CHEMICAL CROSS REACTIVITY
AS REPORTED BY ENSYS
Concentration Concentration
Required for Required for
a Positive a Positive
Interpretation Interpretation
by Soil Test by Water Test
System System
Compound (ppm) (ppb)
PCP 0.5 5
Phenol > 1,000 > 600
4-Chlorophenol > 1,000 > 800
2,4-Dichlorophenol > 1,000 > 1,000
2,6-Dichlorophenol 700 600
3,5-Dichlorophenol NA > 1,000
2,3,4-Trichlorophenol 400 600
2,4,5-Trichlorophenol 100 500
2,4,6-Trichlorophenol 16 100
Tetrachlorophenol 1.2 7
Tetrachlorohydroquinone 500 > 1,500
Pentachlorobenzene > 1,000 > 1,400
Aroclor 1254 > 1,000 > 100
Operational Characteristics
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TABLE 6-2. SEMIQUANTITATIVE PENTA RISc TEST DATA AND CONFIRMATORY DATA FOR SOILS a
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RISc Test Confirmatory RISc Test Confirmatory
Sample System Laboratory Technology Sample System Laboratory Technology
No. (ppm) (ppm) Accuracy No. (ppm) (ppm) Accuracy
001 >0.50.550 106.0 Correct 038 >50 77.00 Correct
011D >50 112.0 Correct 039 >0.550 32.80 FP 040D >50 34.40 FP
014 >50 99.60 Correct 041 >550 1,190 Correct 042 >550 273.0 Correct 043 >50 655.0 Correct
017 >50 1,335 Correct 044 >50 6,956 Correct
018 >5550.550 5,320 Correct 048D >50 30,260 Correct
022 >0.550 255.0 Correct
023 >550.50.550 593.0 Correct 051 50.5

Penta RISc Penta RISc Confirmator
Test Confirmatory Test y
Sample System Laboratory Technology Sample System Laboratory Technology
No. (ppm) (ppm) Accuracy No. (ppm) (ppm) Accuracy
054 50 4,590 Correct
055 >50 3,135 Correct 077 >50 2,040 Correct
055D >50 3,003 Correct 078 >50 1,720 Correct
056 >50 9.90 FP 079 >50 792.0 Correct
057 >550 2,550 Correct
058 >550 125.0 Correct
058D >0.550 2,400 Correct
059 >50 9,600 Correct 083 >50 270.0 Correct
059D >50 102.6 Correct 084 >50 1,140 Correct
060 >50 1,008 Correct 085 >50 57.70 Correct
061 >50 2,744 Correct 086 >0.550 138.0 Correct 086D >0.550 1,610 Correct 087 >50 34.00 FP
064 >50 1,978 Correct 087D >50 51.80 Correct
065 >50 1,577 Correct 088 >0.550 57.80 Correct 089 >0.550 110.0 Correct 090 550 59.80 Correct
073D >50 78.20 Correct 097 >550 836.0 Correct 098 50 1,520 Correct 099 >550 3,692 Correct 100 >50 52.40 Correct
Notes:
a
Samples 1 through 58D were collected from the former Koppers site; Samples 59 through 98 were
FP
collected from the Winona Post site. Samples 99 and 100 were PE samples.
False positive.
FN False negative.
J Reported amount is below detection limit or not valid by approved QC procedures.
ND PCP was not detected above the detection limit.
NA Either the technology, the confirmatory laboratory, or both, did not detect PCP.
30

TABLE 6-3. SEMIQUANTITATIVE PENTA RISc DATA AND CONFIRMATORY DATA FOR WATER a
PENTA RISc Test
System Confirmatory Laboratory
Sample No. (ppm) (ppm) Technology Accuracy
101 >0.0055 15.900 Correct
103 >5 13.500 Correct
104 >5 0.012 False Positive
105 >0.0050.0050.0055 2.050 False Negative
108 >0.0050.0050.005 0.000 False Positive
109D >0.005 0.001 False Positive
110 >0.0050.0050.005 0.005 5 1.810 False Positive
112D >5 2.020 False Positive
113 >0.005

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TABLE 7-1. INORGANIC CHEMICAL RESPONSE AS
REPORTED BY OHMICRON
a
Concentration Tested
Compound (ppb)
Calcium 250,000
Copper 250,000
Iron 50,000
Manganese 250,000
Magnesium 250,000
Mercury II 250,000
Nickel 250,000
Nitrate 250,000
Phosphate 250,000
Sodium chloride 650,000
Sulfate 10,000,000
Sulfite 250,000
Thiosulfate 250,000
Zinc
Note:
250,000
a
No response was found at these concentrations.
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REPORTED BY OHMICRON
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Concentration
Needed to Provide
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Pentachlorophenol
2,3,5,6-Tetrachlorophenol
2,3,4,6,-Tetrachlorophenol
2,3,5-Trichlorophenol
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0.21
0.91
1.52
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2,3,6-Trichlorophenol 2.44
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Tetrachlorohydroquinone
2,4,6-Trichlorophenol
2,4,5-Trichlorophenol
2,3,4-Trichlorophenol
2,5-Dichlorophenol
2,6-Dichlorophenol
8.70
15.1
21.5
53.2
62.9
286
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2,3-Dichlorophenol 611
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2,4-Dichlorophenol
3,5-Dichlorophenol
Hexachlorobenzene
Hexachlorocyclohexane
887
1,670
1,560
5,790
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Intramethod Assessment
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TABLE 7-3. PENTA RaPID ASSAY PCP PROFICIENCY SAMPLE RESULTS: Training Results
Mean Percent ± 2 Standard Deviation Did Result Fall Within
Sample Result Result Recovery Range Acceptance Range
No. (ppb) (ppb) (%) (ppb) (Yes or No)
A 0.63 0.64 98 0.40 to 0.87 Yes
B 1.87 2.63 71 1.87 to 3.40 Yes
C 4.22 5.12 82 3.33 to 6.90 Yes
TABLE 7-4. PENTA RaPID ASSAY PCP PROFICIENCY SAMPLE RESULTS: Demonstration Results
Mean Percent ± 2 Standard Did Result Fall Within
Sample Result Result Recovery Deviation Range Acceptance Range
No. (ppb) (ppb) (%) (ppb) (Yes or No)
A 0.31 0.64 48 0.40 to 0.87 No
B 1.05 2.63 40 1.87 to 3.40 No
C 3.94 5.12 77 3.33 to 6.90 Yes
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TABLE 7-5. PENTA RaPID ASSAY SOIL PERFORMANCE EVALUATION SAMPLE RESULTS
Percent Acceptance Did Result Fall Within
Result True Result Recovery Range Acceptance Range
Sample No. (ppm) (ppm) (%) (ppm) (Yes or No)
099 5.01 7.44 67 1.1 to 13 Yes
100 38 101 38 15 to 177 Yes
TABLE 7-6. PENTA RaPID ASSAY WATER PERFORMANCE EVALUATION SAMPLE RESULTS
Percent Acceptance Did Result Fall Within
Sample Result True Result Recovery Range Acceptance Range
No. (ppb) (ppb) (%) (ppb) (Yes or No)
106 62 68.4 91 10 to 120 Yes
107 1,100 2,510 44 377 to 4,420 Yes
113 7.62 7.50 102 2.25 to 12.8 Yes
TABLE 7-7. PENTA RaPID ASSAY SOIL MATRIX SPIKE SAMPLE RESULTS
Amount
Found Amount
In Original Amount Amount Found
Sample Added Found In Matrix
and To Matrix In Matrix Sample Spike Duplicate Relative
Duplicate Spike Spike Percent Duplicate Percent Percent
Sample Sample Sample Sample Recovery Sample Recovery Difference
No. (ppm) (ppm) (ppm) (%) (ppm) (%) (%)
020 0.13 5.00 3.60 69 4.21 82 17
029 ND 5.00 4.57 91 4.65 93 2
039 ND 5.00 5.50 110 6.23 125 13
051 ND 5.00 5.20 104 4.74 95 5
086 1.86 5.00 8.46 132 8.68 136 3
090 ND 5.00 5.87 117 4.95 99 17
095 ND 5.00 6.31 126 4.94 99 24
Note:
ND None detected above soil quantitation limit of 0.10 ppm
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TABLE 7-8. PENTA RaPID ASSAY LABORATORY DUPLICATE RESULTS: Soil Samples
Laboratory Duplicate Sample Relative Percent
Sample Original Sample Result Result Difference
No. (ppm) (ppm) (%)
004 0.65 0.75 14
018 2.77 2.02 31
019 3.90 3.78 3
038 4.61 2.24 69
057 7.72 3.09 86
058 2.92 3.01 3
088 1.51 1.19 24
099 5.01 2.86 55
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TABLE 7-9. PENTA RaPID ASSAY SOIL FIELD DUPLICATE SAMPLE RESULTS
Sample Original Sample Result Field Duplicate Sample Result
Relative Percent
Difference
No. (ppm) (ppm) (%)
001 1.61 2.53 44
011 55 64 15
020 0.13 ND NA
030 8.3 8.6 3
040 19 10 62
048 11,800 11,700 1
050 1.17 1.46 22
055 748 670 11
058 2.92 2.16 30
059 1,800 2,200 20
073 123 125 2
074 649 690 6
086 1.86 7.21 118
087 29 20.2 36
Notes:
ND None detected above soil quantitation limit of 0.10 ppm.
NA Not applicable due to ND result.
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TABLE 7-10. PENTA RaPID ASSAY WATER FIELD DUPLICATE SAMPLE RESULTS
Field Duplicate Sample Relative Percent
Sample Original Sample Result Result Difference
No. (ppb) (ppb) (%)
101 9.00 8.87 1
102 53,000 59,100 11
103 122,000 95,600 24
104 2,300 1,800 24
105 31 40 25
108 4.34 5.01 14
109 1.42 2.00 34
110 30 24 22
111 0.71 0.94 28
112 1,500 1,800 18
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Comparison of Results
to Confirmatory Results
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TABLE 7-11. SUMMARY OF DEMONSTRATION DATA: FORMER KOPPERS SITE SOIL SAMPLES
Penta Confirmatory Penta Confirmatory
Sample RaPID Assay Laboratory Sample RaPID Assay Laboratory
No.
a
(0.10 ppm) (ppm) No.
a
(0.10 ppm) (ppm)
001 1.61 4.42 031 0.70 1.43
001D 2.53 4.18 032 0.12 0.62 b
002 0.81 1.64 033 0.15 0.40
003

TABLE 7-12. SUMMARY OF DEMONSTRATION DATA: WINONA POST SOIL SAMPLES
Penta Confirmatory Penta Confirmatory
Sample RaPID Assay Laboratory Sample RaPID Assay Laboratory
No.
a
(0.10 ppm) (ppm) No.
a
(0.10 ppm) (ppm)
059 1,800 9,600 080 1,700 2,550
059D 2,200 10,260 081 138 125.0
060 877 1,008 082 1,000 2,400
061 1,840 2,744 083 107 270.0
062 32.0 138.0 084 565 1,140
063 462 1,610 085 67.0 57.70
064 1,030 1,978 086 1.86 6.59
065 604 1,577 086D 7.21 6.88
066 96.0 57.80 087 29.0 34.00
067 52.0 110.0 087D 20.2 51.80
068 19.0 47.70 088 1.51 2.58
069 406 798.0 089 0.16 0.21 b
070 766 2,888 090

TABLE 7-13. SUMMARY OF DEMONSTRATION DATA:
Water Data a
Penta Confirmatory
Sample RaPID Assay Laboratory
No.
b
(0.00006 ppm) (ppm)
101 0.00900 0.004140 c
102 53.0 15.90
103 122 13.50
104 2.30 0.01230
105 0.031 0.8490
105D 0.040 0.6400
106 0.062 0.01030 c
107 1.10
c
2.050
108 0.00434
c
0.001850
108D 0.00501 0.002210 c
109 0.00142 0.0001750 c
109D 0.00200 0.0006300 c
110 0.0300 0.01810 c
110D 0.0240 0.01810 c
111 0.000710 0.0003480 c
111D 0.000940 0.0003200 c
112 1.50 1.810
112D 1.80 2.020
113 0.00762 0.002270 c
Notes:
a
Samples 101 through 105D were collected from
the Winona Post site. Samples 108 through
112D were from the former Koppers site.
Samples 106, 107, and 113 were PE samples.
b
Detection limit.
c
Samples analyzed by Method 515.1; all other
samples were analyzed by Method 8270A.
J Reported amount is below detection
limit or not valid by approved QC
procedures.
U PCP was not detected.
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! %

TABLE 7-14. SUMMARY OF REGRESSION AND RESIDUAL STATISTICS: OHMICRON
N
2
r Y-int Slope
Standard
Error Wilcoxon Probability
All Data 84 .81 28 .43 197 Significant Difference
All Data 100 ppm 33 .68 71 .43 350 Significant Difference
Koppers-All Data 48 .65 -3.4 .37 350 Significant Difference
Koppers 100 ppm 13 .60 -110 .39 680 Significant Difference
Winona-All Data 33 .90 34 .51 160 Significant Difference
Winona 100 ppm
Notes:
20 .75 98 .46 280 Significant Difference
N Number of data points.
2
r Coefficient of determination adjusted for variance.
Y-int. Y-axis intercept of the regression line.
Standard Error Standard error of the estimate.
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Section 8
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Section 9
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