Der S&H Kondensator soll etwa 14 pF sein. Damit die Spanung des externen kondensators nicht zu sehr zusammenbraicht sollte der zusätzliche Kondensator idealerweise wenigstens 1000 mal größer sein, wenn man die volle Auflösung braucht. So ab 10 nF wäre also OK.
Bei 100 K Quellwiderstand wäre man da schon bei 1 ms Zeitkonstante.

Ein kleinerer Kondensator um 150 pF ist gerade ganz falsch. Da ändert sich die Spannung trotzdem um 10%, und die zeitkonstante wird 10 mal länger.

Man kann noch etwas gewinnen, wenn man den AD Wandler direkt über die Register anspricht. Wenn die Beschaltung stimmt, muß man ja nicht erst eine Dummymessung machen. Dann paßt auch die erste Messung.

Wenn man die 2,5 V Ref. nutzt muß der OP auch kein Rail-Rail typ sein.