高纯石英砂是高新技术产业不可替代的矿物原料，通过加工成石英玻璃等相关制品广泛应用于新一代信息产业、节能环保产业、高端装备产业、生物产业以及新材料产业等。而纯度、不同杂质含量是决定高纯石英砂应用的核心指标。
目前制约高纯石英砂应用的杂质元素主要有13种：铝（Al）、钙（Ca）、铁（Fe）、钠（Na）、钾（K）、锂（Li）、镁（Mg）、铬（Cr）、镍（Ni）、硼（B）、锰（Mn）、铜（Cu）、钛（Ti）。
碱金属元素（K、Na、Li）及碱土金属元素（Ca、Mg）的离子会对石英玻璃的析晶行为起催化作用，进而影响其热稳定性、热学与光学性能，同时降低石英玻璃的使用温度和机械强度，增大介电常数与介电损耗。在高温条件下，碱金属元素的助熔作用还易导致石英玻璃发生失透、高温变形等现象。
过渡金属元素（Cr、Cu、Fe、Ni、Mn、Ti）容易在石英玻璃中引发色斑或导致高温变色，从而显著降低其光学透过率。
铝和硼元素能够进入石英的硅氧骨架中，形成较强的化学键，影响石英制品的导电性，并增强石英玻璃的析晶倾向，缩短其使用寿命。硼元素的存在尤其对单晶硅的拉制过程具有严重影响。
此外，石英砂中若存在水或羟基（—OH），会降低石英玻璃的高温粘度，进而影响其耐温性。羟基还会改变石英玻璃的析晶特性、透过率、热膨胀系数等一系列物理参数。
天然石英矿物中杂质元素赋存状态是决定能否成为高纯石英的重要制约因素，同时也是制定较佳石英提纯方案的重要参考。杂质元素主要来自石英岩矿本身和加工过程，主要以共（伴）生矿物、包裹体、类质同象的形式赋存。石英中晶体结构杂质分为晶格杂质和非晶格杂质，晶格杂质主要以他类原子以类质同象的方式取代硅氧四面体中的硅原子，主要杂质元素有Al3+、Ti4+、Ge4+等。这些杂质含量很低，但从石英中分离难度较大，是制约高纯石英质量关键性因素之一。
在石英结构性杂质中，Al杂质元素含量一般较高。由于Al是以Al3+替代Si4+的形式存在，引起了石英晶格内部电荷不平衡，当石英中存在大量Al杂质时，Li、K、Na等杂质元素的含量会增加。晶格中铝杂质过多也会因强化学键导致石英制品发生析晶作用，从而影响其性能。在现有加工技术下，石英原料中晶格杂质几乎不能被除去。以晶格杂质形式存在的Al元素含量虽然极低但除去难度极大，是制约高纯石英质量的关键之一。矿物或岩石中广泛存在流体包裹体，每立方厘米中含有流体包裹体数量大约为102-109个，直径一般小于50μm。流体包裹体的种类、尺寸和含量对高纯石英质量有着显著影响。石英中流体包裹按内含物质状态可以分为：纯气体、纯液体、气液混合包裹体和三相包裹体。流体包裹体在形成过程中所捕获的流体属过饱和溶液，当温度降低时会从溶液中结晶形成包括石盐、钾盐以及一些硅酸盐矿物的子矿物，因此流体包裹体中含有碱金属K、Na、Li离子和碱土金属Ca、Mg离子。石英制品在高温下具有变成二氧化硅的晶体（方石英）的趋向，通常称为析晶。析晶会影响石英制品的产品性能，而碱金属杂质会诱发析晶现象。相比于杂质元素，流体包裹体除去难度更大，是影响石英产品质量及应用的关键性因素之一。
石英理论化学组成是SiO2，但是在自然界不存在纯SiO2石英，或多或少都包含一些杂质元素，而杂质含量及赋存状态是决定石英晶体能否成为高纯石英的重要制约因素，也是影响高纯石用砂应用的关键因素。另一方面，高纯石英砂纯度与原料中杂质元素含量高低并不是简单的对应关系，而是与原料工艺矿物学特征所决定的杂质可选性密切相关。对此应加强对石英矿物学的基础研究，详细查明杂质元素在石英晶体内部的赋存状态、数量和分布特征；并改进共伴生独立矿物分选、包裹体杂质分离和晶格杂质脱除加工高纯石英技术，从而提升高纯石英砂的纯度及应用。