An einen ATmega8 wird das nicht so ohne weiteres gehen. Du musst einen Differenzverstärker nachschalten oder einen ATmega16 oder größer nehmen, die haben einen Differenzeingang mit Verstärkung.
Sonst eine Verstärkerschaltung wie hier Seite 5 http://www.fh-bielefeld.de/filemanag...07/PMTLAB3.pdf
In den Datenblättern diverser OP sind als Applikationen ebenfalls Differenzverstärker angeführt.