石英理論化學組成是 sio2，但是在自然界不存在純 sio2 石英。石英或多或少都包含一些雜質元素（如 al、ti、k、na、ge 等），其種類和含量與晶出石英時的熔/流體和外界環境與結晶後受到的改造有關。在石英晶體内部，雜質元素的賦存形式包括（按尺度由小到大）：晶格雜質元素（晶格尺度）、亞微米級（100nm~1μm）和納米級（＜100 nm）包裹體，以及顯微包裹體（＞1 μm）。
1. 晶格雜質元素（晶格尺度）
石英晶格雜質與石英晶體的點缺陷密切相關。石英晶體的點缺陷包括空位、置換原子和間隙原子三種，其中能引入雜質元素的主要是後兩者。外來的離子（如p5+、ti4+、ge4+、al3+、fe3+、b3+等）通過置換si4+，占據 si4+的位置，形成置換雜質元素；同時，某些離子（如 al3+、fe3+等）在置換si4+時，為了保持電價平衡，還會在原子間引入na+、k+等電價補償離子，為間隙雜質元素。
根據置換離子與si4+的電價是否相同，可将外來離子置換si4+分為兩大類：
（1）等價類質同象替換，置換離子與si4+的電價相同。如ti4+和ge4+可以直接與矽氧四面體(sio4)中的si4+進行類質同象替換，進入到石英晶格中；
（2）不等價類質同象替換，置換離子與si4+的電價不同，可以是：
①三價離子置換si4+，同時需要一個一價的電荷補償離子。如當al3+、fe3+、b3+等離子類質同象替換si4+的同時，在si原子間會引入na+、k+、li+、h+等離子；
②兩對異價離子同時發生替換。如在al3+替換si4+的同時，在其相鄰的矽氧四面體中心發生p5+替代si4+，即以成對替代的方式，保持電價平衡；
③當外來離子為二價離子（如be2+）時，二價離子會進入石英晶體的空位，同時需要兩個三價離子（通常是al3+）作為電價補償元素，替換si4+。在替換的過程中，為了保持晶格類型不變，晶體結構會進行局部調整。
石英晶體中典型的類質同象替換
來源：楊曉勇，等. 高純石英的研究進展及發展趨勢
2. 亞微米級（100nm~1μm）和納米級（＜100nm）包裹體
石英中亞微米級（100 nm～1 μm）和納米級（＜100 nm）包裹體的尺寸很小，需要借助掃描電子顯微鏡（sem：scanning electron microscope）和透射電子顯微鏡（tem：transmission electron microscope）才能觀察到它們的形貌和在石英晶體中的分布。目前，對這類亞微米級（100nm～1μm）和納米級（＜100nm）包裹體的研究很少，主要集中在有色石英，特别是藍色的岩漿石英。
是以，現在不确定這類包裹體在一般石英晶體中的含量與分布如何。迄今為止，觀察到的亞微米級包裹體包括金紅石、銳钛礦、雲母、電氣石和al-si相礦物（可能代表al2sio5同質多象體、alooh或剛玉）。
3.礦物、熔體和流體包裹體（＞1 μm）
天然的石英晶體通常包含流體、矽酸鹽熔體和礦物包裹體（＞1μm），這些包裹體可以在普通的光學顯微鏡下觀察。包裹的種類和豐度取決于結晶環境、結晶後的蝕變和變形。如果在石英晶體中包裹體大量存在，那麼它們會對石英原材料的化學純度和品質有很大影響。
流體包裹體是石英中最常見、最豐富的包裹體。它們既可以在石英晶體生長時，為石英所捕獲，形成原生流體包裹體；也可以在後期流體沿石英的微裂縫滲透、石英晶體愈合時形成，稱之為次生包裹體。有專家在研究廣西姑婆山花崗岩和江蘇北部張錦莊石英砂時，在二者的石英中均發現了沿石英微裂縫發育的次生流體包裹體；同時在二者的石英中均發現了孤立或成群分布的流體包裹體。流體包裹體中最常見的是水，但在一些情況下，也可見 co2、ch4、重烴、n2等。
石英中的流體包裹體
矽酸鹽熔體包裹體常常出現在岩漿岩，常表現為小的玻璃質或結晶質“氣泡”（約 1～300 μm）。相比于流體包裹體，它們在石英晶體中的數量相對稀少。熔體包裹體的成分與石英捕獲的矽酸鹽熔體成分相對應，主要由 si、al、fe、ca、na 和 k 等組成。在岩漿演化晚期形成的偉晶岩中，石英中的熔體包裹體常常包含大量的堿金屬元素（如 li、na、k、rb、cs）、揮發性元素（如
b、p、f、cl），以及一些稀有元素。這些熔體包裹體中的雜質元素會影響石英的化學純度，是一個主要的污染源。
理論上，寄主岩石中出現的礦物相都可以出現在石英的礦物包裹體中。在岩漿岩中，石英的礦物包裹體主要包括：長石、雲母、金紅石、磷灰石等，這些礦物大都是岩漿岩的造岩礦物或重要的副礦物。有專家在研究廣西姑婆山花崗岩時，在石英中發現了磷灰石礦物包裹體，這是花崗岩中常見的副礦物之一。變質岩中，石英的礦物包裹體則與寄主岩石的變質程度有關；寄主岩石不同的變質程度，對應石英礦物包裹體中不同的礦物組合。在低級變質岩中，石英的礦物包裹體可以包括綠泥石、白雲母或角閃石；在進階變質岩中，石英的礦物包裹體可以包括藍晶石、十字石或石榴子石等。在沉積岩中，除了碎屑岩漿岩石英和變質岩石英中的礦物包裹體以外，在沉積環境中形成的石英（如石英次生加大邊等）還會包含硬石膏、石膏、鹽類礦物、有機質等在沉積環境形成的礦物。有專家在研究江蘇北部張錦莊石英砂時，在石英砂中的石英中發現了方解石、微斜長石、金紅石等包裹體，它們與碎屑石英的源岩有關，關于其形成和源岩還有待進一步研究。
石英中的一些礦物包裹體及其雷射拉曼光譜分析
上述的晶格雜質元素（晶格尺度）、亞微米級（100 nm～1μm）和納米級（＜100 nm）包裹體，以及顯微包裹體（＞1 μm）是雜質元素（如 p、ge、ti、al、fe、b、k、na、li、be 等）在石英晶體内部基本的賦存形式。同時，在石英晶體表面，可以附着其他礦物微晶；在結晶岩中，石英會和其他礦物嵌布。
現階段，經研磨、分選、磁選、重選、電選、浮選、酸洗、酸浸、加熱、焙燒等礦物提純工藝，可以将石英晶體大部分的表面附着微晶、與石英嵌布的礦物、以及石英晶體中大部分的顯微包裹體除去。但對于石英内部的雜質，如晶格雜質元素、可能出現的亞微米級（100 nm～1μm）和納米級（＜100 nm）包裹體、顯微包裹體（＞1 μm），現有手段難以将它們完全地除去，它們的存在将會極大地影響石英的化學純度和品質。
是以，石英晶體中晶格雜質元素、亞微米級和納米級包裹體、顯微包裹體的數量和分布，是決定石英晶體能否成為高純石英的重要制約因素。詳細查明雜質元素在石英晶體内部的賦存狀态、數量和分布特征，對于後續的礦物提純加工和探讨其工業用途至關重要。
參考來源：
楊曉勇，等. 高純石英的研究進展及發展趨勢
礦材網、石英石網等