Современное научное приборостроение - чрезвычайно наукоемкая область, в которой широко используются математические методы, новейшие компьютерные и информационные технологии.

Математическое моделирование, вычислительный эксперимент, компьютерная обработка больших массивов информации (чаще всего, в реальном масштабе времени), автоматизация управления прибором, обработка сигналов и изображений - все эти необходимые этапы проектирования, создания, методического обеспечения и применения прибора развиваются в Институте.

Широкое признание, как в нашей стране, так и за рубежом получили работы в области оптики заряженных частиц. Начатые в начале 70-х годов прошлого века еще в СКБ аналитического приборостроения АН СССР и продолженные затем в Институте эти работы были первоначально ориентированы на разработку теории, методов расчета и оптимизации ионно-оптических систем (ИОС) статических секторных масс-спектрометров.

В этом направлении были получены значительные результаты в области аберрационной теории, в разработке методов многокритериальной оптимизации, в теории и практике расчета источников ионов с электронным ударом, в развитии эффективных и высокоточных методов расчета электростатических и магнитостатических полей.

В целях создания приборов для изотопного анализа с рекордными параметрами были разработаны математические модели физических процессов образования «хвостов» масс-спектрометрических пиков и был проведен цикл теоретических и расчетных исследований факторов, определяющих изотопическую чувствительность масс-спектрометров.

Большое научное и практическое значение имело создание теории допусков статических масс-спектрометров. Были исследованы и классифицированы паразитные аберрации, вызванные неточностью изготовления и сборки, предложены методы их коррекции.

Последовательное применение представлений о фазовом пространстве в теории статических масс-спектрометров в совокупности с развитием аберрационной теории привело к новой, весьма плодотворной постановке задачи синтеза и оптимизации ИОС многокаскадных масс-анализаторов. В качестве основного критерия оптимизации было предложено использовать максимум аксептанса, обеспечивающего заданный уровень разрешающей способности.

В связи с созданием и развитием метода ЭРИАД для масс-спектрометрического анализа биополимеров в Институте были разработаны компьютерные модели источника ионов, реализующего этот метод, и проведен большой объем математического моделирования физических процессов электрораспыления и транспортировки ионов в реальных электрогазодинамических полях с целью исследования и оптимизации метода.

Все вышеперечисленные результаты легли в основу разработки широкого спектра отечественных масс-спектрометров различного класса для изотопного, элементного и химического анализа, в том числе, в последнее время: сверхчувствительного хромато-масс-спектрометра для анализа супертоксикантов МСД650 и статического магнитного масс-анализатора для контроля изотопных отношений гексафторида урана МТИ-350Г.

Работы в области теоретической и прикладной корпускулярной оптики проводятся в лаборатории оптики заряженных частиц и математического моделирования. Работы направлены как на разработку методов, так и на исследование конкретных оптических элементов и систем.
Проводятся интенсивные исследования новых схем многоотражательных времяпролетных масс-анализаторов с полным диапазоном масс.

На базе компьютерного моделирования газонаполненных радиочастотных транспортирующих квадрупольных интерфейсов и ионных ловушек исследуются методы преобразования непрерывных пучков в импульсные для последующего времяпролетного масс-анализа.

В развитие методов расчета электрических и магнитных полей разрабатываются методы повышения точности и устойчивости вычислительных процедур, предлагаются новые алгоритмы улучшения сходимости и критерии остановки нелинейных итерационных процессов для методов конечных элементов и пространственных интегральных уравнений.

В лаборатории аналитических средств исследования поверхности, сектор автоматизации измерений и цифровой обработки сигналов и в лаборатории оптики заряженных частиц и математического моделирования разрабатываются математические методы спектрального, корреляционного и вейвлет-анализа для обработки и оценки параметров сильно перекрывающихся и зашумленных сигналов аналитических приборов.

Методы математического моделирования применительно к задачам самоорганизации в биологических системах, а также методы моделирования процессов масс- и теплопереноса в элементах микрофлюидных аналитических систем развиваются в лаборатории информационно-измерительных био- и хемосенсорных микросистем.