Schwermetalle umfassen einen Großteil der Elemente im Periodensystem und können überall in der Erdkruste bis zum Erdkern gefunden werden. Abhängig von ihrer Konzentration übernehmen sie mitunter wichtige Funktion in der belebten Natur, können jedoch auch eine Gefahr für Gesundheit, Leben und Umwelt darstellen. Im Gegensatz zu organischen Materialien sind sie nicht biologisch abbaubar und können sich so anreichern. Durch menschliche Aktivitäten werden Schwermetalle zudem an die Erdoberfläche befördert. Durch Korrosion entstehen ionische, wasserlösliche Spezies. Da diese bereits in geringen Konzentrationen eine Gefahr darstellen, schlägt die Weltgesundheitsorganisation (engl. World Health Organization, WHO) Grenzwerte vor, wie beispielsweise 5 μg L⁻¹ für Blei (Pb) in Leitungswasser. Die Überprüfung der Konzentrationen erfolgt mittels etablierter, höchst sensitiver Labormethoden wie der Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) oder der induktiv gekoppelter Plasma - optischer Emissionsspektrometrie (ICP-OES). Diese sind jedoch ortsfeste investitionsintensive Methoden und erfordern eine entsprechende Infrastruktur und geschultes Personal. Um point-of-care (PoC) Anforderungen gerecht zu werden, wurden mobile Geräte für elektrochemische Nachweisverfahren entwickelt und deren Potential in wissenschaftlichen Arbeiten demonstriert. Bisher konnten sich diese Anwendungen jedoch nicht durchsetzen, während elektrochemische Sensoren in anderen Bereichen, z.B. für pH- und Blutzucker-Messungen, weit verbreitet sind. Zur Erhöhung der Sensitivität und Selektivität bei der elektrochemischen Schwermetalldetektion können die eingesetzten Elektroden chemisch modifiziert werden. Üblicherweise bestehen modifizierte Elektroden aus verschiedenen Kohlenstoffmaterialien wie glasartigem Kohlenstoff, Graphit oder Nanoröhrchen, auf die Bismut, welches aus Umweltgründen Quecksilber in dieser Funktion ablöste, und Nafion®, ein perfluoriertes Polymer mit Sulfonsäurefunktionalität, aufgebracht werden. Überdies kann die Ionenselektivität durch Modifikation mit Metallionen-komplexierenden Molekülen erhöht werden. In der wissenschaftlichen Literatur werden Elektrodenmaterialien beschrieben mit Nachweisgrenzen (engl. limit of detection, LOD) weit unterhalb der WHO-Vorgaben. Die Extraktion von Schwermetallen ist neben der (Ab-)wasseraufbereitung auch durch die Rückgewinnung von Metallen aufgrund ihres ökonomischen Wertes motiviert. So wird im Themenfeld der Hydrometallurgie an Extraktionsmitteln geforscht, die möglichst selektiv sind und hohe Extraktionskoeffizienten ermöglichen. Dabei können unter anderem ionische Flüssigkeiten (engl. ionic liquid, IL) eingesetzt werden. ILs sind Salze mit Schmelzpunkten unter 100 °C bzw. Raumtemperatur (RTIL) und bilden eine Klasse an Substanzen mit vernachlässigbarem Dampfdruck und elektrischer Leitfähigkeit. Aufgrund der großen Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten von Anionen und Kationen und der Modifikation der chemischen Konstitution, insbesondere bei organischen Ionen, und den damit einhergehenden, einstellbaren, physikalisch-chemischen Eigenschaften, werden ILs für die unterschiedlichsten und insbesondere elektrochemischen Anwendungen untersucht. In der elektrochemischen Schwermetalldetektion werden ILs bisher fast ausschließlich als Binder bei der Elektrodenpräparation eingesetzt. Die IL Betain Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid [HBet][NTf₂], deren selektive Extraktionseigenschaften für Metallionen aus wässriger Lösung untersucht wurde, vermag verschiedene Metalloxide aufzulösen, wobei die anschließende elektrochemische Detektion dokumentiert wurde. Das Gemisch aus [HBet][NTf₂] und Wasser weist thermomorphes Phasenverhalten auf. Oberhalb der oberen kritischen Lösungstemperatur (engl. upper critical solution temperature, UCST) liegt bei allen Zusammensetzungen ein einphasiges System vor. Kühlt das Gemisch ab, trennen sich die IL-reiche und wasserreiche Phase. Dieses Verhalten kann sich bei der Extraktion zunutze gemacht werden, wodurch Rühren zur Vergrößerung der Phasenaustauschfläche umgangen werden kann. Dies könnte in einer mobilen Anwendung mit kleinen Volumina und hochviskosen ILs Vorteile mit sich bringen. Eine weitere Disziplin innerhalb der PoC ist die Entwicklung integrierter, mikrofluidischer Sensoren. Für den Einmalgebrauch sollen diese klein sein und aus kostengünstigen, verfügbaren und unkritischen Materialien bestehen. Papier-basierte Materialien erfüllen diese Anforderungen als Fluidkanal und Substrat und stellen bereits einen prominenten Vertreter in dieser Funktion dar. Um störende Interferenzen bei der Detektion mit anderen Ionen in einer Probe zu vermeiden und gleichzeitig den Einsatz kostengünstiger Arbeitselektroden zu ermöglichen, sollen in dieser Arbeit elektrochemische Methoden mit einer vorangeschalteten Extraktion des Analyten (hier Pb²⁺) untersucht werden. Eine IL soll dabei sowohl als Extraktionsmittel als auch als Elektrolyt fungieren. Schließlich soll dieses Konzept auf die Anwendung in Papier-basierten, mikrofluidischen Sensoren übertragen werden. Die IL muss daher die Anforderungen an ein Extraktionsmittel, an einen Elektrolyten und an ein Flussmittel in einem Papierkanal vereinen. Trotz vergleichsweise hoher Wasseraufnahme eignet sich die IL [HBet][NTf₂] aufgrund der Extraktionseigenschaften durch die Carboxy-Funktion des Kations und wurde überdies aufgrund ihrer thermomorphen Eigenschaften für diese Arbeit gewählt. Wassergesättigte [HBet][NTf₂] konnte mithilfe der Anfertigung des Walden-Plots charakterisiert werden. Die Extraktion von Pb²⁺ aus wässrigem Medium nach Erwärmung über die UCST konnte mittels ICP-OES bestätigt werden. Die Analytkonzentration konnte dabei sowohl durch die Erhöhung des initialen Wasser-zu-IL-Verhältnis als auch durch die Zugabe von zwitterionischem Betain zu dem Gemisch erhöht werden. Eine Erhöhung der Wassermenge führte jedoch schließlich zu einer vollständigen Auflösung der IL-reichen Phase. Pb²⁺ konnte in der IL nach der Extraktion mithilfe der SWV (engl. square wave voltammetry) detektiert werden, wobei Methodenparameter, übernommen von wässrigen Systemen, hin zu stärkeren Signalen optimiert werden können. Eine Messung bei erhöhten Temperaturen (42 °C) führt zu einer weiteren Signalverstärkung, was mit der geringeren Viskosität und der höheren elektrischen Leitfähigkeit begründet werden kann. Die Zugabe von zwitterionischem Betain kann die gemessenen Signale verstärken, jedoch sinkt die Leitfähigkeit mit zunehmender Zugabe und der Effekt ist nicht mehr detektierbar. Die starke Erhöhung der Konzentration bei der Extraktion führt somit nur begrenzt zu größeren Signalen in der elektrochemischen Detektion. Die Signalintensität der SWV konnte durch Modifikation der Arbeitselektroden mit Nafion® und Bismut weiter gesteigert werden. Der stärkste Effekt zeigte sich, wenn Bismut bei der Elektrodenpräparation gelöst vorlag. Die Zugabe von Kohlenstoffmaterialien (Ruß bzw. Graphit-Pulver) führte zu keiner Steigerung, offenbarte jedoch die Notwendigkeit weiterer Parameteranpassungen bei Änderung des Elektrodenmaterials. Eine Kombination aus erhöhtem, initialem Wasser-zu-IL-Verhältnis und Betain-Zugabe bei der Extraktion mit Temperaturerhöhung und Elektrodenmodifikation bei der Detektion führte zu einer Nachweisgrenze (engl. limit of detection, LOD) von 30 ppb. Dies liegt oberhalb der WHO-Vorgaben, demonstriert jedoch das Potential der Kombination aus Extraktion und Detektion. Schließlich konnte die Detektion von Pb²⁺ in [HBet][NTf₂] nach der Extraktion in einer Papier-basierten Zelle durchgeführt werden. Hierzu wurde aufgrund der Flussgeschwindigkeit der IL in Papieren Glasfaser-haltiges Material verwendet. Trotz kürzerer Zeiten zur Anreicherung des Analyten und mit nicht optimierten Extraktionen und Elektroden wurden um ein zehnfaches höhere Signalintensitäten gemessen, bei gleichzeitig um ein hundertfaches geringeren Widerständen. Zudem erlauben die kleinen Abmessungen der Papier-basierten Zelle mit dem geringen Elektrodenabstand den Einsatz von geringen Mengen Elektrolyt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit die Kombination der Extraktion mit anschließender elektrochemischer Detektion mithilfe der thermomorphen IL [HBet][NTf₂] demonstriert werden. Möglichkeiten zur Analytanreicherung im Elektrolyten und der Erhöhung der Signalintensitäten konnten ausgemacht und genutzt werden. Das Konzept konnte auf Papier-basierte Zellen übertragen werden. Die geringen Elektrodenabstände verringern den Zellwiderstand und höhere Signalintensitäten konnten gemessen werden.