本发明公开了一种基于小型低温制冷机的用于气体分离和纯化的低温装置，包括一级换热器、二级换热器、四级换热器、至少一个小型低温制冷机以及至少一个集液罐，小型低温制冷机包括第一冷头和第二冷头，二级换热器设置在第一冷头上形成一级冷头换热器，四级换热器设置在第二冷头上形成二级冷头换热器，混合气体出口连接至一级冷头换热器入口，一级冷头换热器的出口连接集液罐的入口，集液罐气体出口连接到二级冷头换热器进口。本发明不同于传统的分离和纯化方法，用小型低温制冷机的第一级和第二级冷头作为冷源，将不同冷凝温度的气体分别液化和固化，从而得到冷凝温度更低的高纯气体，这样就可以用较低的成本来实现两种或多种气体的分离和纯化。