@d407376:
esiste una modalità di lettura, descritta nel datasheet, detta "Free Running Mode", in cui si possono eseguire più letture una dietro l'altra. Se però in questa modalità si cambia canale (cioè pin letto), la prima lettura dopo il cambio di canale rispecchierà il canale precedente e solo quella successiva sarà riferita al nuovo canale.
Ora, analizzando l'analogRead dell'Arduino mi pare che sia impostata proprio questa modalità per cui il problema riscontrato potrebbe essere dato da questo. Quindi la lettura a vuoto per ricalibrare l'ADC è necessaria affinché esso cambi canale correttamente.