Hi!
Die Z-Diode kannst du Prinzipiell schon verwenden, du musst aber ein paar wichtige Sachen beachten:
Die Z-Dioden fangen z.B. nicht genau bei 3V an zu leiten, sondern im Bereich zwischen 2,8 und 3,2V! Und auch wenn die Dioden noch nicht diesen Wert erreicht haben, ziehen sie schon ordentlich Strom (z.T. schon bei <1V!).
An deiner Stelle würde ich nach den OP-Ausgang einen 1k Widerstand setzen und danach die Z-Diode (ohne Widerstand) nach GND. Ggf. würde ich dann die Rückkopplung des OP direkt an den A/D-Pin setzten um im Normalen Betrieb den Fehler klein zu halten.

MfG
Basti