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本发明涉及一种天然气的高氩同位素比测量装置，该装置包括稀有气体质谱仪、活性炭冷阱、海绵钛炉、四极质谱仪、U型冷阱和天然气钢瓶。天然气钢瓶通过高真空管线经U型冷阱、四极质谱仪连有高真空系统；高真空管线通过管线连有超高真空管线，该超高真空管线连有海绵钛炉、活性炭冷阱、稀有气体质谱仪、超高真空系统；天然气钢瓶与U型冷阱之间设减压阀、高真空阀Ⅰ、Ⅱ、薄膜真空计；U型冷阱与管线之间设高真空阀Ⅲ；高真空系统与管线之间设高真空阀Ⅳ；超高真空系统与管线之间设超高真空阀Ⅳ；活性炭冷阱与海绵钛炉之间设超高真空阀Ⅴ；稀有气体质谱仪与活性炭冷阱之间设超高真空阀Ⅵ。本发明还公开了其测量方法。本发明具有测量精度高的特点。