因为石英玻璃是由单一的氧化物（二氧化硅-SiO2）构成的，所以石英玻璃的化学特性和结构看起来似乎都很简单。
化学结构
二氧化硅别名硅石，在整个地壳中非常普遍。但仅仅只有一小部分达到足够纯度（>99.98%）的硅石才能成为制作石英玻璃的原料。沙滩上的沙子也属于SiO2，但却不能适用于半导体应用。
纯度对绝大多数工业应用和生产工艺都是至关重要的。极高的纯度令熔融石英成为制造高科技产品必不可少的材料。
即使杂质含量并不高，也会造成非常严重的影响。纯度主要是由原材料本身、制造工艺及后续的加工流程共同决定的。在生产的每一个环节都必须采取特殊的预防措施以保持高纯度。此外，贺利氏还采用了独特的提纯工艺以进一步提高石英砂这一原料的纯度。
最常见的杂质包括：金属（如铝、钠和铁等）、水（以羟基的形式）和氯。这些杂质不仅会对石英玻璃的粘度、透过率和电气性能都产生影响，还会对最终应用中与石英玻璃直接接触的材料的性质产生影响。
熔融石英玻璃和合成熔融石英的纯度都非常高。贺利氏的合成熔融石英中金属杂质的总含量低于1 ppm。熔融石英玻璃中金属杂质的含量约为20 ppm，主要包括Al2O3及少量的碱金属、Fe2O3、TiO2、MgO和ZrO2。
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羟基含量
除了金属杂质外，石英玻璃和合成熔融石英中还包含以羟基基团形式存在的水。羟基基团可对衰减和粘度及其他物理性质产生影响。一般而言，羟基的含量高则意味着使用温度低。典型值详见下表。电熔石英玻璃的羟基含量最低（<1-30 ppm），因为它通常是在真空或干燥的气氛中生成的。羟基在石英玻璃结构中的含量并不固定。其数值可能有所偏差，具体取决于高温环境中石英玻璃的热处理工艺和湿度。气炼石英玻璃中的羟基含量则较高（150-200 ppm），因为在加工过程中要用到氢/氧火焰。由于生产工艺不同，合成熔融石英的羟基含量也可较高，最高可达1000 ppm。
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