以“谱学分析与仪器”为核心，系统地开展分析化学基础理论和方法的研究和仪器的创制，发现新原理、创建新的方法体系，催生新仪器研发和新技术集成，为新仪器新方法的实际应用提供科学基础和技术支撑，解决与生命、环境、材料及能源等国家战略发展领域关系密切的重大分析科学问题。实验室的主要研究方向包括：1．光谱质谱分析；2．分子识别与传感；3．微纳分析与成像和4．创新仪器与装置。

1．光谱质谱分析

开展光谱、质谱的多层次、多维度结构解析和含量测定基础理论和分析方法学研究。集成光学成像、元素和分子质谱等的时间/空间分辨技术，建立与分子手性变构和元素形态等特性相关的精准选择和超高灵敏信号获取方法，开展单细胞水平生物分子结构与功能、定量目标蛋白质组学以及金属组学研究。

2．分子识别与传感

基于明晰的物理、化学和生物作用，阐明分子识别原理，探索传感新模式。开展分子折叠基元设计及组装体构筑基础化学研究，结合弱作用力协同、动态共价键组合和共价键精准配对等策略，制备多点识别生物传感分子，提高传感、识别作用的特异性和亲和力。与光谱和质谱等技术结合，开展靶标生物分子的高灵敏检测/定量和相关生物学机制研究。

3．微纳分析与成像

开展纳米生物分析方法和技术研究，持续将成像分析技术向微纳尺度推进。发展微纳流控等单分子/单细胞操控技术，构建高通量生化分析装置。模块化集成光谱、质谱和磁共振成像与可调激发模式，研制光学一体化多模成像系统；开展生物分子、细胞和生物组织界面的多模分析与成像研究。

4．创新仪器与装置

开展前沿创新仪器与装置研究，构建微流控阵列芯片系统、单颗粒纳米流式检测装置、纳米分辨质谱成像系统等，集成目标一致的多参数、多模式分析系统，推动微型化、专业化实用性仪器研发。