Hi!
Der TPS334 wird die IR Strahlung deiner LED überhaupt nicht wahrnehmen, der Sensor gibt erst ab einer Wellenlänge von 6µm ein Signal aus. Der Typ. Bereich liegt zw. 8 bis 14 µm. Alle mir bekannten IR-LEDs strahlen im Bereich zwischen 800 und 1300nm (also 0,8 bis 1,3µm)...die Wellenlänge ist hier viel zu klein!
Das Problem bei Standard OpAmps ist der Offset, der kann schon mal einige mV betragen. Da geht dein µV-Signal natürlich unter, da helfen dann nur Präzisions Verstärker bzw. Instrumentenverstärker.
Hier gibt's ein bisschen Lektüre: http://www.elektronik-kompendium.de/...er/diffamp.htm

Bei Maxim gibt es einige Interessante Verstärker mit sehr geringem Input Offset die man ggf. verwenden könnte. Der MAX4238 ist speziell für "Thermocouples" und "Instrumentation Amplifiers" gebaut worden...also im Prinzip für den geplanten Zweck verwendbar.

Wegen der geringen Spannung musst du auch die Signalwege extrem kurz halten, sonst hast du am Ende der Leitung nur noch rauschen. Nicht umsonst haben manche (Thermo-)Sensoren von PerkinElmer den Verstärker gleich mit im Gehäuse mit drin!

Es gibt bestimmt noch viele andere Dinge zu beachten...aber ich denke dass das die wichtigsten sind.

MfG
Basti