This cumulative doctoral thesis is based on five publications in international peer-reviewed journals, and is focused on advanced mid-infrared gas sensing concepts taking advantage of substrate-integrated hollow structures (iHWGs) serving as waveguide and preconcentrator/molecular enrichment platform. Next to the primary development of advanced molecular enrichment schemes for exhaled breath analysis, the utility of iHWGs in additional application scenarios (e.g., catalysis) has been demonstrated. Consequently, the resulting publications comprise two thematic blocks: (a) the development and optimization of the so-called iPRECON and muciPRECON enrichment system, and (b) the implementation of iHWG-based infrared sensing concepts in novel application scenarios, i.e., catalysis research, and in combination with microfluidics for studying liquid phase activity changes. Trace gas analysis in general demands addressing very low (i.e., ppm to ppb) analyte concentrations with the required sensitivity, which frequently requests enrichment of the target analytes with complex sample matrices prior to the actual measurement. The developed miniaturized enrichment units facilitate enrichment factors up 50 and more without the requirement of complex instrumentation. Hence, mobile and compact infrared sensors with inherently limited optical path lengths, e.g., for the detection of volatile organic compounds, ideally benefit from such preconcentration strategies. The aim of this part of the thesis was therefore the development of equally compact enrichment devices that may be operated fully automated and autonomous, are user friendly, compact, robust, and fulfill analytical criteria such as reproducibility, repeatability, and recovery rates similar or even superior to conventional preconcentration methods based on solid phase adsorption/thermal desorption. The preconcentrator concepts developed in this thesis were exclusively based on the so-called substrate-integrated hollow waveguide (iHWG) technology pioneered at the IABC, and applied in combination with mid-infrared (MIR, 3-15 ��m) spectroscopy/sensing technologies. In general, iHWGs are an attractive alternative to conventional multi-pass gas cells, and are characterized by efficient light transmission across the analytically relevant electromagnetic spectrum, while simultaneously serving as a highly miniaturized gas cell probing minute (i.e., few hundred microliters) sample volumes with exceptionally fast sample transient times. The very same iHWG structures fabricated into heat able substrates have been adapted to serve as preconcentration channel via packing solid sorbent materials adapted to the properties of the molecules that should be trapped into the hollow structure. Finally, the modularity and design flexibility of the iHWG technology enabled the application of MIR sensing technologies in entirely new application scenarios including monitoring fast catalytic processes, and analyzing how partial pressure changes (i.e., activity changes) of liquids may be observed and quantified via gas phase sensing concepts., Diese kumulative Doktorarbeit basiert auf f��nf Publikationen, die in internationalen referierten Fachzeitschriften ver��ffentlicht wurden. Der Fokus lag auf innovativen Gassensorikkonzepten im mittleren Infrarot, wobei die Vorteile von substrat-integrierten Hohllichtwellenleiterstrukturen (iHWGs) genutzt wurden, die auch als Pr��konzentrator- bzw. Molek��lanreicherungsplattform dienten. Neben der prim��ren Entwicklung von kompakten Anreicherungssystemen zur Analyse ausgesuchter Zielmolek��le im Atemgas wurde der Nutzen von iHWGs in weiteren Anwendungsszenarien (z.B. ��berwachung von Katalyseprozessen) demonstriert. Die daraus resultierenden Publikationen beinhalten daher zwei thematische Bl��cken: (a) die Entwicklung und Optimierung des so genannten iPRECON- und muciPRECON-Anreicherungssystems und (b) die Implementierung von iHWG-basierten Infrarotsensorkonzepten in neuartige Anwendungsszenarien, d.h. in der Katalyseforschung, sowie in Kombination mit Mikrofluidik zur Untersuchung von Aktivit��ts��nderungen in der Fl��ssigphase. In der Spurengasanalyse wird der Nachweis von sehr niedrigen (d.h. ppm und sub-ppm) Analytkonzentrationen angestrebt. Wenn die Messtechnik selbst nicht sensitiv genug ist, ist die Anreicherung der Zielanalyten aus komplexen Probenmatrices vor der eigentlichen Messung erforderlich. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelten, miniaturisierten Anreicherungssysteme erm��glichen Anreicherungsfaktoren um das bis zu 50-fach und mehr. Davon profitieren mobile und kompakte Infrarotsensoren mit inh��rent begrenzten optischen Absorptionswegl��ngen, z.B. zum Nachweis fl��chtiger organischer Verbindungen, wenn sie um diese Anreicherungsstrategien erweitert werden. Ein wesentliches Ziel dieses Teils der Arbeit war daher die Entwicklung von ebenso kompakten und portablen Anreicherungssystemen, die vollautomatisch und autonom betrieben werden k��nnen, benutzerfreundlich und robust sind, aber auch wesentliche analytische Kriterien wie Reproduzierbarkeit, Wiederholbarkeit und Wiederfindungsraten gegen��ber herk��mmlichen Anreicherungsverfahren auf Basis von Festphasenadsorption/Thermodesorption erf��llen oder sogar ��bertreffen. Die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Anreicherungskonzepte basierten ausschlie��lich auf der am IABC entwickelten sogenannten substrat-integrierten Hohllichtwellenleitertechnologie (iHWG), die in Kombination mit spektroskopischen bzw. sensorischen Messverfahren im mittleren Infrarot (MIR, 3-15 ��m) eingesetzt wurden. iHWGs sind eine attraktive Alternative zu herk��mmlichen Multiweg-Gaszellen und zeichnen sich durch effiziente Lichtleitung ��ber das gesamte analytisch relevante elektromagnetische Spektrum aus. Gleichzeitig dienen sie als hochminiaturisierte Gasmesszellen, die das Beproben geringster Gasvolumina (d.h. einige hundert Mikroliter) erm��glichen und damit verbunden einen au��ergew��hnlich raschen Probendurchsatz. Die gleichen iHWG-Strukturen wurden zu beheizbaren Substraten verarbeitet und entsprechend angepasst, um als Anreicherungskanal zu dienen, in den feste Adsorptionsmaterialien gepackt wurden deren Eigenschaften entsprechdn der jeweiligen Zielmolek��le gew��hlt wurden. Abschlie��end erm��glichte die Modularit��t und Designflexibilit��t der iHWG-Technologie den Einsatz von MIR-Sensortechnologien in v��llig neuen Anwendungsszenarien, einschlie��lich der ��berwachung schnell ablaufender, katalytischer Prozesse und der Analyse und Quantifizierung von Aktivit��ts��nderungen von Fl��ssigkeiten ��ber Gasphasensensorkonzepte.